Planification de la formation prise en flagrant délit

Le géant gazier PDS 70b a fait les gros titres de la presse le mois dernier en tant que première planète nouvellement en formation à avoir été directement visualisée. À présent, une équipe de scientifiques est allée encore plus loin: ils ont capturé la preuve que cette planète accumule activement des matériaux, et ils ont mesuré la vitesse à laquelle ils grandissent.

L’impression d’un disque protoplanétaire de cet artiste révèle un vide en son centre, probablement comblé par une planète en orbite autour du disque. Une nouvelle étude de la jeune étoile PDS 70 suggère qu'une planète pourrait également avoir comblé le fossé qui l'entoure.
Université des hautes études / NAOJ

La recherche de preuves

Cette image ALMA du disque protoplanétaire entourant l'étoile HL Tauri révèle la sous-structure détaillée du disque, y compris les espaces qui peuvent avoir été éliminés par les planètes.
ALMA (ESO / NAOJ / NRAO)

À l'ère récente des observations à haute résolution, les preuves indirectes de la formation d'une planète abondent. En particulier, nous avons capturé un certain nombre d'images spectaculaires de disques lacunaires entourant de jeunes étoiles, disques dans lesquels nous pensons que les premières planètes de ces systèmes sont en train de naître. Selon les modèles, les planètes grandiront à mesure qu’elles accumulent de la matière à partir du disque protostellaire environnant, ce qui efface simultanément un vide dans le disque lors de leur orbite.

Malgré l'accumulation de preuves indirectes, les long preuves directes ont longtemps fait défaut jusqu'à récemment. La jeune étoile naine PDS 70 (âgée de 10 millions d’années), située à seulement 370 années-lumière de la Terre, est entourée d’un disque présentant un vide distinctif. Et le mois dernier, des scientifiques ont annoncé qu’ils avaient directement imaginé et confirmé la présence d’une planète nouveau-née en orbite autour de l’écart.


Cette image du PDS 70 a été prise dans l’infrarouge par l’instrument SPHERE sur le très grand télescope de l’ESO. Il s'agit de la première image nette d'une planète PDS 70b, visible sous la forme d'un point lumineux à la droite de l'étoile masquée prise en train de se former.
ESO / A. Muller et al.

Mais simplement démontrer qu’une planète se trouve à l’intérieur du fossé n’est pas encore suffisant. L’étape suivante consiste à prouver que cette planète, le PDS 70b, accumule activement du matériel. C’est là que les observations à contraste élevé du système d’optique adaptative Magellan entrent en jeu.

Un signe d'accroissement

Dans une nouvelle étude dirigée par Kevin Wagner (Université de l'Arizona, Amherst College et l'équipe NASA NExSS Earths in Other Solar Systems), une équipe de scientifiques a utilisé le système d'optique adaptative du télescope Magellan Clay au Chili, d'une hauteur de 6, 5 m, pour imager le PDS. 70 systèmes en H (656 nm) et dans les longueurs d’ondes continues les plus proches. La présence d'émissions de H à l'emplacement de la planète PDS 70b indiquerait un gaz d'hydrogène choqué, chaud et infusé, un pistolet fumant démontrant que cette planète accumule encore de la matière.

Les nouvelles observations de MagAO H sur le PDS 70 révèlent que la planète est une source lumineuse dans le panneau supérieur. Le panneau inférieur est un diagramme en fausse couleur du PDS 70 assemblé à partir de l’image H de la planète (rouge) et de l’image infrarouge (bleue) de l’émission thermique de la planète et de la lumière des étoiles diffusée par le disque.
Wagner et al. 2018

Effectivement, Wagner et ses collaborateurs ont détecté la présence d’un signal H du PDS 70b deux nuits consécutives en mai dernier, signal qui présente une probabilité inférieure à 0, 1% d’être un faux positif. Il semble assez prudent de dire que cette planète bébé est encore en croissance.

Près de la taille

Mais à quelle vitesse progresse-t-il et quelle est sa longueur? Wagner et ses collaborateurs utilisent leurs mesures de luminosité H pour calculer un taux d'accrétion de masse pour le PDS 70b. Ils ont ainsi constaté que la géante gazière se développe à un taux de 10 ^ -8 ± 1 masses de Jupiter par an. À ce rythme, et en fonction de l'âge du système, les auteurs estiment que le PDS 70b a probablement augmenté la masse à un taux beaucoup plus élevé dans le passé et qu'il a déjà acquis plus de 90% de sa masse finale.

Cette planète proche, en train de se former, constituera un excellent objectif d'étude pour l'avenir, alors que nous continuons à rassembler notre compréhension de la façon dont les planètes naissent et grandissent dans des disques protoplanétaires.

Citation

«Imagerie par Optique Adaptative Magellan du PDS 70: Mesure du taux d'accumulation de masse d'une jeune planète géante dans un disque gapped», Kevin Wagner et al. 2018 ApJL 863 L8. doi: 10.3847 / 2041-8213 / aad695

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Ce poste a été publié à l'origine sur AAS Nova, qui présente les faits saillants des recherches effectuées dans les journaux de la Société astronomique américaine.