Un scintillement tous les dix-huit mois dans une étoile en formation révèle l’existence d’une très jeune planète

Une avancée de la technologie submillimétrique, en radioastronomie, similaire au passage de la photographie au cinéma à l’origine de la découverte

Le 01 novembre 2017— Ottawa (Ontario)

Une équipe internationale de chercheurs a noté une variation sporadique dans la luminosité d’une étoile naissante. Le scintillement, qui revient aux dix-huit mois, n’est pas un phénomène nouveau pour les scientifiques, mais le fait qu’il soit répétitif donne à penser qu’une planète se cache là-bas.

La découverte est un premier coup d’éclat pour l’étude sur les variations de luminosité du télescope James Clerk Maxwell Telescope (JCMT), lequel n’en est qu’à la moitié de sa mission de trois ans durant laquelle il suivra huit pépinières galactiques et relèvera les fluctuations de la lumière émise par les étoiles en gestation. Cette étude est capitale, car elle nous aidera à comprendre comment les étoiles et les planètes s’assemblent. Elle est pilotée par Doug Johnstone, agent de recherche au Conseil national de recherches du Canada, et par Greg Herczeg, professeur à l’Université de Pékin (Chine), avec le concours d’une équipe internationale d’astronomes venant du Canada, de la Chine, de la Corée, du Japon, de Taïwan et du Royaume-Uni.

« Le fait que l’étoile EC53 scintille ou que son éclat varie suggère que quelque chose de gros perturbe la force gravitationnelle de l’étoile naissante. Comme la variation revient tous les 18 mois, il se pourrait que l’explication tourne autour de l’astre. Sans doute s’agit-il d’une planète cachée, en train de se former », explique Doug Johnstone. On pense qu’une planète accompagne l’astre dans sa rotation et que la force gravitationnelle de ce corps modifie le flux de gaz qui alimente l’étoile en devenir, donc fait fluctuer sa luminosité ou courbe de lumière quand on l’observe.

Les étoiles naissent dans des coins de la galaxie où le gaz moléculaire abonde. Un épais nuage de gaz et de poussière encercle l’étoile à ses débuts. Une partie du nuage s’aplatit rapidement en un disque où naîtront les planètes. Comme les matériaux en rotation dissimulent l’étoile à la vue, les astronomes étudient celle-ci, nichée dans son nuage, indirectement en en apprenant davantage sur ce dernier. La masse de l’étoile va en grandissant, car sa pesanteur attire de plus en plus de gaz du disque qui l’enveloppe. Ce processus libère une importante quantité d’énergie qui réchauffe le nuage de gaz voisin. Les astronomes utilisent des télescopes captant les ondes inférieures au millimètre comme le JCMT pour mesurer la clarté du nuage et découvrir des détails révélateurs sur la croissance de l’étoile.

Hyunju Yoo, un étudiant diplômé de l’Université nationale de Chungnam, et le professeur de l’Université de Kyung Hee (Corée du Sud) qui l’encadre, Jeong-Eun Lee, ont remarqué une anomalie dans la courbe de lumière de l’étoile EC53 en analysant méticuleusement les observations mensuelles sur Serpens Main, une pépinière galactique où grandissent de nombreuses étoiles. On savait déjà depuis un certain temps que la luminosité d’EC53 variait périodiquement dans le proche infrarouge. Cependant, on avait besoin des observations submillimétriques pour déterminer si cette variation était attribuable au réchauffement du gaz alimentant l’étoile ou à une variation dans la nébulosité du milieu environnant.

« Une nouvelle série de données indiquant une brusque hausse de luminosité qui n’existait pas auparavant a attiré mon attention », déclare Jeong-Eun Lee. « Quelque chose d’unique et d’intéressant devait se passer près de l’étoile en formation. Et effectivement, il semble qu’il y a là un objet très particulier, qui nous éclairera un peu plus sur la façon dont naissent les étoiles et les planètes. »

Une meilleure compréhension de la genèse des étoiles et des planètes

L’équipe continuera de suivre EC53 durant le reste de l’étude triennale sur les ondes submillimétriques et cherchera d’autres étoiles naissantes montrant des variations de croissance afin d’apprendre comment s’assemblent les étoiles et les planètes. Une demi-douzaine d’autres candidats à la luminosité variable sont déjà en lice. En les étudiant et en recourant à d’autres observatoires comme le puissant réseau millimétrique/submillimétrique de l’Atacama (ALMA), au Chili, on acquerra de nouvelles données uniques sur la genèse des étoiles et des planètes dans le temps, notamment la formation des planètes pendant ou après l’assemblage d’une étoile.

« En un sens, cette découverte est un point tournant. C’est comme si l’astronomie submillimétrique venait de passer de la photographie au cinéma », affirme Greg Herczeg. « On a consacré les 25 dernières années à perfectionner les techniques d’observation et les instruments afin de voir les étoiles dès leurs débuts. Mais les progrès récents de la technologie nous permettent désormais d’observer comment une région évolue dans le temps, ce qui nous aidera à mieux comprendre la formation des étoiles. Cette découverte n’est qu’un exemple de tout ce que nous pourrons maintenant apprendre. »

Étudier la luminosité des étoiles en formation au fil du temps grâce aux ondes submillimétriques est une méthode d’observation inhabituelle qui aurait été irréalisable sans les avancées réalisées récemment en imagerie, comme la création du photomètre SCUBA-2, et sans les techniques de réduction des données, qui autorisent des mesures et un étalonnage précis.

Le JCMT a été aménagé au sommet du Mauna Kea, à Hawaï. Il surpasse tous les autres télescopes submillimétriques à antenne simple de la planète. L’instrument est exploité par l’Observatoire d’Asie de l’Est, qui regroupe la Chine, Taïwan, la Corée du Sud et le Japon, avec l’appui des astronomes du Canada et du Royaume-Uni. Aux contributions des universités canadiennes s’ajoute celle du CNRC, qui finance l’archivage des relevés du JCMT au Centre canadien de données astronomiques.

Cette découverte fera l’objet d’une publication dans l’Astrophysical Journal. L’article peut être consulté en ligne(en anglais seulement).

Article diffusé pour le compte du Conseil national de recherches du Canada, l’Université de Pékin et l’Université Kyung Hee.

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