Lorsque vous entendez l’expression “bras spiraux”, vous pensez probablement aux galaxies. De nombreuses galaxies ont des arcs d’étoiles brillants qui s’éloignent de leur centre, y compris notre Voie lactée. Mais toutes les galaxies n’ont pas de bras spiraux, et les galaxies ne sont pas les seuls objets célestes à avoir des bras spiraux. Environ un tiers des disques protoplanétaires autour de jeunes étoiles ont des bras spiraux, et nous pensons maintenant savoir pourquoi.
Dans les galaxies, les bras spiraux sont causés par des ondes de densité à l’intérieur du disque galactique. Les ondes de densité créent une sorte d’effet d’embouteillage, où les étoiles individuelles dérivent dans et hors des bras spiraux, mais la structure globale en spirale est maintenue. La structure en spirale est en outre maintenue par la densité plus élevée de gaz et de poussière dans les bras, ce qui déclenche la production d’étoiles dans les bras.
Les disques protoplanétaires ont une structure similaire aux jeunes galaxies. Ils sont à la fois un disque plat de gaz et de poussière en orbite autour d’un renflement central massif. Mais la différence d’échelle et d’âge signifie que nous ne pouvons pas simplement dire que les bras spiraux des galaxies et des disques planétaires ont la même cause.
Un modèle pour les spirales de disques planétaires est qu’elles forment des galaxies spirales similaires. Essentiellement, les instabilités gravitationnelles à l’intérieur du disque déclenchent des fluctuations de densité qui évoluent rapidement vers une structure en spirale. Le problème avec cette idée est que, contrairement aux galaxies où les étoiles n’interagissent que gravitationnellement, le gaz à l’intérieur d’un disque exerce une pression qui perturberait la structure en spirale.
Une autre idée est que la structure en spirale est déclenchée par la présence d’une grande protoplanète. Un objet de la taille de Jupiter dans un disque planétaire générerait des turbulences et un remorqueur gravitationnel qui pourrait provoquer la formation de bras en spirale, comme des ondulations dans un étang. Le seul problème avec cette idée est que de grandes protoplanètes n’ont jamais été vues dans un disque protoplanétaire en spirale. C’est-à-dire jusqu’à maintenant.
Les astronomes ont découvert une protoplanète jovienne en orbite autour d’une jeune étoile connue sous le nom de MWC 758, située à environ 500 années-lumière de la Terre. La planète, appelée MWC 758c, a environ deux fois la masse de Jupiter et orbite sa jeune étoile à une distance d’environ 100 UA, soit plus de trois fois la distance de Neptune au Soleil. Le système de disque en spirale est connu depuis un certain temps, mais les observations précédentes n’ont montré aucune preuve d’une planète. C’est parce que le MWC 758c est particulièrement rouge, ce qui signifie qu’il est très froid ou recouvert de beaucoup de poussière. Les faibles longueurs d’onde rouges sont difficiles à observer pour les télescopes au sol en raison du bruit thermique de l’atmosphère terrestre. Il aura fallu le Large Binocular Telescope Interferometer (LBTI), spécialisé dans les observations infrarouges et proches infrarouges, pour enfin observer la géante gazeuse.
L’équipe prévoit de poursuivre ses observations au sol avec des observations du télescope spatial James Webb (JWST). Cela devrait fournir des images encore plus détaillées, qui les aideront à comprendre comment la planète s’est formée et les interactions entre la planète et la structure en spirale du système.
Le système MWC 758 n’a que quelques millions d’années, mais il est par ailleurs assez similaire à notre propre système solaire. Il est tout à fait possible que le disque protoplanétaire du Soleil ait eu une structure en spirale similaire, qui aurait joué un rôle crucial dans la formation de la Terre.
Référence: Dong, Ruobing, Joan R. Najita et Sean Brittain. « Bras spiraux en disques : planètes ou instabilité gravitationnelle ? Le Journal Astrophysique 862.2 (2018) : 103.
Référence: Wagner, K., et al. “Images directes et spectroscopie d’une protoplanète géante entraînant des bras spiraux dans MWC 758.” Astronomie naturelle (2023).
