Trouver des exoplanètes dans les disques de débris

Une impression d’artiste du disque de débris poussiéreux d’une étoile, que l’on pense être produit lorsque des astéroïdes ou d’autres planétésimaux entrent en collision et se fragmentent. Les astronomes qui étudient le disque de débris autour de l’étoile HD 206893 ont imagé une large brèche dans le disque s’étendant d’environ 50 à 185 au de l’étoile. Après avoir modélisé le système, ils concluent qu’il contient une planète de 1,4 masse de Jupiter orbitant à environ 79 au de l’étoile centrale. Crédit : NAOJ

Les disques de débris autour des étoiles de la séquence principale sont des ceintures ténues de poussière que l’on pense être produites lorsque des astéroïdes ou d’autres planétésimaux entrent en collision et se fragmentent. Ils sont courants : plus d’un quart de toutes les étoiles de la séquence principale ont des disques de débris et, comme ces disques peuvent être difficiles à détecter, il est probable que la fraction soit encore plus élevée. Les instruments actuels ne sont capables de détecter les disques de débris que dans les systèmes qui sont au moins un ordre de grandeur plus lumineux que le disque généré par la ceinture de Kuiper du système solaire (la région s’étendant de l’orbite de Neptune à environ trente unités astronomiques jusqu’à environ cinquante au).

La poussière des disques de débris est digne d’être étudiée en tant que telle, mais elle offre également la possibilité de retracer les propriétés des systèmes planétaires. Les plus gros grains de poussière (de la taille d’un millimètre), dont l’émission thermique collective est mesurée par des télescopes tels que le télescope de l’étoile du Soleil. ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), sont relativement peu affectés par les vents stellaires ou la pression de radiation. Leur distribution révèle plutôt les effets de la gravité et des collisions. La “zone chaotique” est la région étendue autour d’une planète à l’intérieur de laquelle les poussières n’ont pas d’orbites gravitationnelles stables, ce qui entraîne un écart dont la largeur dépend entre autres de la masse de la planète. Une planète dans un disque de débris peut créer un tel écart, et les mesures des dimensions de l’écart peuvent donc être utilisées pour déduire la masse de la planète – un élément clé. exoplanète paramètre clé qui est autrement difficile à obtenir.

CfA Les astronomes Sean Andrews et David Wilner étaient membres d’une équipe qui a utilisé ALMA pour étudier le disque de débris connu autour de l’étoile HD 206893 à environ 135 années-lumière de nous. L’étoile a également un compagnon binaire naine brune en orbite à environ 10au et dont la masse est d’environ 15-30 Jupiter-de masse. Les images ALMA résolvent spatialement le disque – il s’étend d’environ 50 à 185 au – et les astronomes ont trouvé des preuves d’un vide s’étendant d’environ 63 à 94 au. Si l’écart a été creusé par une seule planète sur une orbite circulaire, la théorie des zones chaotiques implique que la planète devrait avoir une masse d’environ 1,4 masse de Jupiter et une orbite à environ 79 au. Les futures observations ALMA à plus haute résolution ont le potentiel d’aider à contraindre le comportement dynamique de la naine brune ainsi que d’améliorer la caractérisation de la nouvelle planète déduite.

Référence : “Resolving Structure in the Debris Disk around HD 206893 with ALMA” par Ava Nederlander, A. Meredith Hughes, Anna J. Fehr, Kevin M. Flaherty, Kate Y. L. Su, Attila Moór, Eugene Chiang, Sean M. Andrews, David J. Wilner et Sebastian Marino, 6 août 2021, The Astrophysical Journal.
DOI : 10.3847/1538-4357/abdd32