L’une des grandes questions concernant notre système solaire est la suivante : à quoi ressemblait-il lors de sa formation ? Nous savons qu’une nébuleuse protosolaire a donné naissance au Soleil et aux planètes. Et, nous savons que les planètes de notre système solaire ont des inclinaisons orbitales légèrement différentes, probablement en raison de dynamiques intéressantes dans la crèche de naissance. Pourquoi donc? La réponse se trouve peut-être dans un disque protoplanétaire à l’aspect légèrement étrange entourant l’étoile nouveau-née TW Hydrae.
Ce bébé stellaire se trouve à un peu moins de 200 années-lumière de la Terre. Les astronomes utilisant les données du télescope spatial Hubble (HST) ont observé l’énorme disque de gaz et de poussière entourant cette étoile. Maintenant, HST a trouvé quelque chose de bizarre à ce sujet : il y a au moins deux, et peut-être trois “sous” disques là-bas. Et, il peut y avoir au moins deux planètes, et peut-être trois qui s’y forment. Les interactions entre les disques et les objets planétaires déforment les disques et projettent des ombres.
Le système a attiré l’attention pour la première fois en 2017 lorsque les astronomes ont vu une ombre balayer la face du système de disque protoplanétaire entourant l’étoile. Il semble y avoir un disque interne et un disque externe plus grand. L’ombre ne vient pas d’une planète. Au lieu de cela, il est coulé sur le disque externe par le disque interne. Fait intéressant, il y a au moins une de ces planètes possibles qui attire le gaz et la poussière du disque vers lui-même.
Mais attendez! Il y a une autre ombre !
Maintenant, on dirait qu’il y a une ombre supplémentaire. Cela pourrait provenir d’un autre disque à l’intérieur du système, avec les planètes possibles. Si tel est le cas, cela donne aux astronomes un indice sur ce à quoi ressemblait notre propre système solaire il y a plus de 4,5 milliards d’années. La deuxième ombre est apparue dans les observations obtenues le 6 juin 2021, dans le cadre d’un programme pluriannuel conçu pour suivre les ombres dans les disques circumstellaires. L’astronome John Debes du Space Telescope Science Institute a comparé le disque TW Hydrae aux observations de Hubble faites il y a plusieurs années.
“Nous avons découvert que l’ombre avait fait quelque chose de complètement différent”, a-t-il déclaré. “Quand j’ai regardé les données pour la première fois, j’ai pensé que quelque chose n’allait pas avec l’observation parce que ce n’était pas ce à quoi je m’attendais. J’étais déconcerté au début, et tous mes collaborateurs étaient du genre : que se passe-t-il ? Nous avons vraiment dû nous gratter la tête et il nous a fallu un certain temps pour trouver une explication.
L’explication invoque deux disques mal alignés qui projettent chacun des ombres. La première observation les a ratés car la paire est assez proche l’une de l’autre. Cependant, dans les années entre les observations, ils se sont maintenant séparés et divisés en deux ombres. Apparemment, les deux disques mal alignés sont ainsi grâce à l’attraction gravitationnelle de deux planètes dans des plans orbitaux légèrement différents. « Nous n’avons jamais vraiment vu cela auparavant sur un disque protoplanétaire. Cela rend le système beaucoup plus complexe que nous ne le pensions au départ », a déclaré Debes.
À propos de Newborn Star TW Hydrae
Cette étoile nouveau-née est un système infantile intéressant. C’est ce qu’on appelle une étoile “T Tauri”. C’est parce qu’il fait partie d’une classe de variables qui ne datent pas de plus de 10 millions d’années. Les astronomes la considèrent comme une étoile “pré-séquence principale”. (Ce qui signifie qu’il n’a pas commencé la fusion nucléaire ou formé une zone radiative). Beaucoup de cette classe stellaire résident à proximité de nuages moléculaires géants. Ce sont généralement les plus jeunes stars et peuvent être très actifs.
TW Hydrae correspond très bien à la catégorie. Il représente environ 80 % de la masse du Soleil et est légèrement plus grand que notre étoile. Les astronomes pensent qu’il a environ 8 à 10 millions d’années. La région du disque protoplanétaire qui l’entoure nourrit l’étoile nouveau-née et forme apparemment aussi des planètes. TW Hydrae est l’un des membres d’un plus grand groupe de jeunes stars appelé “TW Hydrae Association”.
Planètes Racecar dans le disque protoplanétaire
Les structures de disque à l’intérieur du disque protoplanétaire de TW Hydrae pourraient être liées à l’action des planètes se chevauchant pendant leur orbite. “Cela suggère que les deux planètes doivent être assez proches l’une de l’autre”, a déclaré Debes. “Si l’un se déplaçait beaucoup plus vite que l’autre, cela aurait été remarqué dans les observations précédentes. C’est comme deux voitures de course qui sont proches l’une de l’autre, mais l’une dépasse lentement et dépasse l’autre », a déclaré Debes.
Les planètes suspectes sont situées dans une région à peu près à la distance de Jupiter à notre Soleil. Et, les ombres effectuent une rotation autour de l’étoile environ tous les 15 ans. C’est à peu près égal à la période orbitale d’une planète à cette distance.
Ces deux disques intérieurs sont inclinés d’environ cinq à sept degrés par rapport au plan du disque extérieur. Ceci est comparable à la gamme d’inclinaisons orbitales à l’intérieur de notre système solaire. “Cela correspond parfaitement à l’architecture typique du système solaire”, a déclaré Debes.
Études futures
De toute évidence, étant donné à quel point cela imite ce que les astronomes soupçonnent de s’être produit dans notre propre système solaire, HST et d’autres télescopes, tels que le Atacama Large Millimeter Array, continueront d’étudier le système TW Hydrae. Le disque externe sur lequel les ombres tombent peut s’étendre assez loin. Certains scientifiques suggèrent qu’elle pourrait s’étendre jusqu’à plusieurs fois le rayon de la ceinture de Kuiper de notre système solaire. Fait intéressant, ce disque plus grand semble avoir un écart à deux fois la distance moyenne de Pluton au Soleil. Cela pourrait être la preuve d’une troisième planète dans le système.
Près de l’étoile, il serait très difficile de voir des planètes intérieures plus petites. C’est parce qu’ils seraient perdus dans l’éblouissement. De plus, le système est assez poussiéreux, ce qui rend plus difficile le repérage des planètes. Cependant, il est possible que le JWST étudie le système à la recherche de plus de détails sur le disque. De plus, l’observatoire spatial Gaia de l’ESA pourrait effectuer des mesures à long terme du système pour trouver une oscillation dans l’étoile si des planètes de la masse de Jupiter tirent dessus. Le Atacama Large Millimeter Array au Chili a observé ce système, fournissant des vues radio très claires du disque protoplanétaire autour de TW Hydrae. Des études futures devraient révéler plus de détails sur cette étoile nouveau-née intéressante et sur son système planétaire en développement.
Pour plus d’informations
Étoile nouveau-née entourée de disques formant des planètes à différents angles
L’évolution surprenante de l’ombre sur le disque TW Hya (PDF)
