Naissance de nouvelles planètes

Ken Tapping, le 5 novembre 2014

Dans le ciel cette semaine…

  • Jupiter se lève vers minuit.
  • Mars est bas à l’horizon aux lueurs du couchant. Mercure rase l’horizon à l’aurore.
  • La Lune sera pleine le 6 novembre.

Il y a quelques jours, une image saisissante circulait à l'Observatoire. On y voyait une tache brillante entourée d'anneaux concentriques flous, séparés par des bandes foncées. Un peu comme une cible de tir à l'arc brouillée. Cette photo est pourtant la meilleure jamais obtenue de la genèse d'un système planétaire. On y distingue tous les éléments de manière détaillée.

Les systèmes planétaires, formés d'étoiles et de plusieurs planètes qui orbitent autour d'elles – comme notre système solaire – se forment lorsque des nuages de gaz et de poussière se contractent. Comme les nuages possèdent presque tous un mouvement de rotation intrinsèque, le moment angulaire se concentre à mesure que le nuage s'effondre, ce qui finit par engendrer un disque de matière en rotation.

Plus le disque se contracte, plus les particules de poussière entrent en collision les unes avec les autres et s'agglutinent. Comme leur taille s'accroît, les risques de collision avec d'autres particules augmentent. Lorsqu'elles sont suffisamment grosses pour exercer une force gravitationnelle, elles attirent les particules et les accrétions qui les frôlent et leur croissance s'accélère. La protoplanète finit par ramasser rapidement toute la matière sur l'orbite qu'elle trace autour de la nouvelle étoile, jusqu'à ce qu'il n'en reste pratiquement plus. Les anneaux flous sur la photo correspondent à des ceintures où subsistent des particules de poussière; les bandes sombres sont les orbites des nouvelles planètes. Même si celles-ci sont encore trop petites pour être observées, les bandes dépoussiérées à l'intérieur du disque prouvent leur existence.

Cette image a été captée par l'ALMA (Atacama Large Millimetre Array ou Vaste réseau d'antennes millimétriques d'Atacama), un radiotélescope géant qui vient d'être construit en altitude sur un plateau du désert d'Atacama au Chili, l'un des endroits les plus secs de la planète. Il est formé de 66 antennes paraboliques de 12 mètres de diamètre chacune. Il s'agit de l'un des radiotélescopes les plus sensibles jamais construits, et il est le plus performant dans le spectre de longueur d'onde pour lequel il a été conçu.

Les radiotélescopes qui fonctionnent dans des longueurs d'onde de plus de quelques centimètres, comme celui de l'Observatoire du CNRC dans la vallée de l'Okanagan, peuvent être construits à basse altitude, car les flancs des vallées éliminent les interférences d'origine humaine. Les nuages et la pluie sont aussi sans effet sur ces télescopes. Ceux qui captent des ondes plus courtes sont toutefois plus vulnérables. Les ondes radio sont une partie de ce qu'on appelle le spectre électromagnétique. Dans la partie des ondes dites courtes, dont la longueur d'onde mesure un centimètre ou moins, les ondes s'écartent de plus en plus de ce que nous appelons les radiofréquences pour entrer dans le domaine de l'infrarouge. Les nuages et la pluie deviennent alors problématiques, et même la vapeur d'eau en suspension dans l'atmosphère par temps dégagé absorbe les émissions cosmiques que l'on tente de capter. C'est un problème grave à l'échelle millimétrique.

Malheureusement, les ondes millimétriques sont fondamentales en astronomie, puisque ce sont les plus faciles à utiliser pour étudier les nuages de poussière qui engendrent les nouvelles étoiles et les nouvelles planètes. L'ALMA a notamment été construit pour observer ces phénomènes, ce qui signifie qu'il doit fonctionner à l'échelle millimétrique. Pour atténuer le problème posé par les gaz et la vapeur d'eau atmosphériques, on l'a construit sur un plateau élevé et aride, loin au-dessus de l'atmosphère dense et humide qui se trouve à basse altitude.

Comme la plupart des grands projets modernes en astronomie, l'ALMA est le fruit d'un consortium international auquel participe le Canada. La conception d'antennes, de radiorécepteurs et de systèmes de traitement de signaux adéquats pour cet instrument a nécessité des innovations techniques dans de nouveaux domaines. L'ALMA sera donc l'un des outils de recherche en astronomie les plus importants des prochaines décennies, avec le Very Large Array (Très grand réseau) et le Square Kilometre Array (Réseau d'un kilomètre carré) qui sera bientôt construit, deux radiotélescopes qui fonctionnent à des longueurs d'onde plus longues. Dans les deux cas, le Canada sera également de l'aventure. L'avenir s'annonce trépidant pour l'astronomie.

Ken Tapping est astronome à l'Observatoire de radio-astrophysique du Conseil national de recherches du Canada, à Penticton (C.-B.) V2A 6J9.

Tél. : 250-497-2300
Téléc. : 250-497-2355
Courriel : ken.tapping@nrc-cnrc.gc.ca

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