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 Découverte de mystérieuses ondulations au travers d'un disque de poussière

Publié le 8 octobre 2015

En analysant des images acquises par le Très Grand Télescope de l’ESO ainsi que le Télescope Spatial Hubble NASA/ESA, les astronomes ont découvert l’existence, au sein d’un disque de poussière situé autour d’une étoile proche, de structures inconnues jusqu’alors. Semblables à des ondes animées d’un mouvement rapide, ces structures figurent dans le disque de l’étoile AU Microscopii. Elles ne ressemblent en rien à ce qui a pu être observé ou envisagé jusqu’à présent. L’origine ainsi que la nature de ces structures offrent donc aux astronomes un tout nouveau champ d’investigations. Les résultats de leurs observations font l’objet d’une publication au sein de l’édition du 8 octobre 2015 de la revue Nature.



AU Microscopii, abréviée AU Mic, est une étoile jeune, proche de notre système solaire et entourée d’un disque de poussière étendu [1]. L’étude de semblables disques de débris est susceptible de compléter notre connaissance des processus de formation planétaire à partir de telles structures.
Les astronomes ont recherché le moindre signe de structure déformée ou grumeleuse – témoignant de la possible existence de planètes – dans le disque de AU Mic. A cette fin, ils ont utilisé, en 2014, l’instrument SPHERE nouvellement installé sur le Très Grand Télescope de l’ESO. Aidés de ce puissant dispositif capable de discerner le moindre détail contrasté, ils ont fait une étrange découverte.
“Nos observations ont révélé quelque chose d’inattendu”, rapporte Anthony Boccaletti, chercheur CNRS au LESIA (Observatoire de Paris/CNRS/UPMC/Paris-Diderot), France, premier auteur de l’article. “Les images acquises par SPHERE laissent apparaître un ensemble de structures inexpliquées au sein du disque. Ces structures arborent une forme arquée, ou ondulée, bien différente de ce qui a déjà été observé par le passé.”
Sur les nouvelles images figurent, telles des vagues à la surface de l’eau, cinq arches formant globalement une structure ondulante à différentes distances de l’étoile. Après avoir repéré ces structures au moyen des données de SPHERE, l’équipe a consulté d’anciennes images du disque acquises, en 2010 et 2011, par le Télescope Spatial Hubble NASA/ESA [2]. Il est ainsi apparu, non seulement que ces structures figuraient sur les images d’Hubble, mais également qu’elles avaient changé au fil du temps. En fait, ces ondulations se déplacent – et à une vitesse très élevée ! [3]
Les structures les plus éloignées de l’étoile semblent se mouvoir à vitesse plus élevée que les plus proches. Trois des structures au moins se déplacent si rapidement qu’elles pourraient bien échapper à l’attraction gravitationnelle de l’étoile. L’existence de vitesses si élevées exclut l’hypothèse selon laquelle ces structures résulteraient de perturbations causées sur le disque par des objets – telles des planètes – en orbite autour de l’étoile. Un élément inconnu, et véritablement inhabituel, doit être à l’origine de l’accélération de ces ondulations et de leur vitesse si élevée.
L’équipe ne peut affirmer avec certitude la cause de ces mystérieuses ondulations autour de l’étoile. Elle a toutefois envisagé et écarté un ensemble de phénomènes possibles, telle la collision de deux objets massifs et rares semblables à des astéroïdes libérant d’importantes quantités de poussière, ou bien encore des ondes spirales générées par des instabilités gravitationnelles à l’intérieur du système.
Mais l’hypothèse la plus prometteuse reste celle d’une interaction entre une flambée de cette étoile jeune et active avec une possible exoplanète dans le système. « Notre analyse n’a pas révélé de planète géante dans le système, mais nous avons d’ores et déjà de nouvelles observations prévues pour regarder encore plus proche de l’étoile et tenter d’éclaircir l’origine de ces mystérieuses structures » commente Arthur Vigan, astronome du Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (LAM) qui a participé à l’analyse des données.
Cette découverte faite avec la caméra IRDIS de SPHERE est une victoire pour l’équipe d’ingénieurs et d’astronomes du LAM qui a conçu cette caméra, ainsi que d’autres éléments clés de l’instrument SPHERE. « La qualité des optiques d’IRDIS est sans précédent » précise Kjetil Dohlen, l’ingénieur système de SPHERE et IRDIS. « C’est cette qualité qui permet aujourd’hui de visualiser avec autant de précision ces si fines structures. C’est le travail de toute une équipe sur plusieurs années qui a permis d’en arriver là ».
“ SPHERE n’est que dans sa première année de fonctionnement et il est déjà capable d’étudier un tel disque. On ne peut donc que se réjouir de ce résultat des plus prometteurs qui confirme les grandes capacités de l’instrument”, conclut Jean-Luc Beuzit, co-auteur de la nouvelle étude et responsable du consortium international qui a conçu l’instrument SPHERE.
L’équipe ambitionne de continuer à observer le système AU Mic au moyen de SPHERE et d’autres instruments parmi lesquels ALMA, afin de comprendre les processus à l’œuvre. Pour l’instant toutefois, ces étranges structures demeurent un véritable mystère.

Plus d’informations

Ce travail de recherche a fait l’objet d’un article intitulé “Fast-Moving Features in the Debris Disk Around AU Microscopii” à paraître dans l’édition du 8 octobre 2015 de la revue Nature.
L’équipe internationale d’astronomes impliqués dans cette étude est composée de : Anthony Boccaletti (Observatoire de Paris, CNRS, France), Christian Thalmann (ETH Zürich, Suisse), Anne-Marie Lagrange (Université Grenoble Alpes, France ; CNRS, IPAG, France), Markus Jansons (Université de Stockholm, Suède ; Institut Max Planck dédié à l’Astronomie, Allemagne), Jean-Charles Augereau (Université Grenoble Alpes, France ; CNRS, IPAG, France), Glenn Schneider (Université d’Arizona Tucson, Etats-Unis), Julien Milli (ESO, Chili ; CNRS, IPAG, France), Carol Grady (Groupement Scientifique Eureka, Etats-Unis), John Debes (STScI, Etats-Unis), Maud Langlois (CNRS/ENS-L, France), David Mouillet (Université Grenoble Alpes, France ; CNRS, IPAG, France), Thomas Henning (Institut Max Planck dédié à l’Astronomie, Allemagne), Carsten Dominik (Université d’Amsterdam, Pays-Bas), Anne-Lise Maire (INAF–Observatoire Astronomique de Padoue, Italie), Jean-Luc Beuzit (Université Grenoble Alpes, France ; CNRS, IPAG, France), Joe Carson (Collège de Charleston, Etats-Unis), Kjetil Dohlen (CNRS, LAM, France), Markus Feldt (Institut Max Planck dédié à l’Astronomie, Allemagne), Thierry Fusco (ONERA, France ; CNRS, LAM, France), Christian Ginski (Observatoire Leiden, Pays-Bas), Julien H. Girard ( ; CNRS, IPAG, France), Dean Hines (STScI, Etats-Unis), Markus Kasper (ESO, Allemagne ; CNRS, IPAG, France), Dimitri Mawet (ESO, Chili), Francois Ménard (Université du Chili, Chili), Michael Meyer (ETH Zürich, Suisse), Claire Moutou (CNRS, LAM, France), Johan Olofsson (Institut Max Planck dédié à l’Astronomie, Allemagne), Timothy Rodigas (Institut Carnegie de Washington, Etats-Unis), Jean-Francois Sauvage (ONERA, France ; CNRS, LAM, France), Joshua Schlieder (Centre de Recherches Ames de la NASA, Etats-Unis ; Institut Max Planck dédié à l’Astronomie, Allemagne), Hans Martin Schmid (ETH Zürich, Suisse), Massimo Turatto (INAF–Observatoire Astronomique de Padoue, Italie), Stephane Udry (Observatoire de Genève, Suisse), Farrokh Vakili (Université de Nice-Sophia Antipolis, France), Arthur Vigan (CNRS, LAM, France ; ESO, Chili), Zahed Wahhaj (ESO, Chili ; CNRS, LAM, France) et John Wisniewski (Université d’Oklahoma, Etats-Unis).

A propos du Laboratoire d’Astrophysique de Marseille dans SPHERE

SPHERE (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch) est un projet pour l’Observatoire Européen Austral (European Southern Observatory – ESO) développé par un consortium international. Ce consortium, mené par l’IPAG (Grenoble), est composé de 11 instituts en France, Allemagne, Suisse, Pays-Bas et Italie. L’instrument SPHERE installé en 2014 au télescope VLT de l’ESO au Chili est dédié à la détection directe et à la caractérisation des planètes autour d’autres étoiles.
Au sein de SPHERE, le Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (LAM – http://www.lam.fr) a été responsable de l’ingénierie système de l’instrument et de la caméra IRDIS.
Le LAM a développé la caméra IRDIS (l’instrument principal de SPHERE pour l’imagerie et spectrographie différentielles dans l’infrarouge), des optiques toriques d’extrême qualité optique pour le module optique principal, l’électronique de lecture des détecteurs ultra-rapides de l’optique adaptative ; des outils informatiques pour les bases de données des cibles scientifiques qui sont observées. Le LAM a également collaboré de manière étroite avec l’ONERA (Office National d’Études et de Recherche Aéronautique), responsable de la partie Optique Adaptative de SPHERE. L’optique adaptative est essentielle pour la correction de la turbulence atmosphérique et permet d’obtenir des images de très haute résolution.

Notes

[1AU Microscopii se situe à 32 années-lumière de la Terre seulement. Le disque est essentiellement constitué d’astéroïdes que les violentes collisions ont réduits à l’état de poussière.

[2Les données ont été acquises par le Spectrographe Imageur du Télescope Spatial Hubble (STIS)

[3Observer le disque par la tranche complique l’interprétation de sa structure tridimensionnelle

Voir en ligne : ESO Press Release (with english version)


info portfolio


Video explicative (en français)
(MPEG4 10.7 Mo)
Explicative video (in english)
(MPEG4 10.5 Mo)

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