Des disques de gaz et de poussière d'une étonnante diversité

Un instrument, en partie développé et construit à l'ETH Zurich, s'avère particulièrement efficace pour étudier les étoiles naissantes qui sont encore entourées de gaz et de poussière. Cet instrument s'appelle SPHERE (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch) et est installé sur le Very Large Telescope (VLT) de l'Observatoire européen austral (ESO).

Gr?ce à SPHERE, des astronomes de l'ETH Zurich et de l'Institut Max Planck pour l'astronomie à Heidelberg ont pu prendre des images de disques de poussière qui sont les lieux de naissance des planètes. Ces disques protoplanétaires existent autour des étoiles dites TTauri - les précurseurs de notre Soleil - ainsi que chez leurs s?urs plus massives, les étoiles Herbig-Ae/Be.

Jusqu'à présent, les études des astronomes se sont surtout concentrées sur les étoiles Herbig-Ae/Be, mais Henning Avenhaus et Sascha Quanz ont désormais pu observer une série de disques TTauri à l'aide de SPHERE. Ce programme ambitieux s'appelle DARTTS-S (Disks Around TTauri Stars with SPHERE) et a été soutenu par le P?le de recherche national PlanetS.

Les résultats pour les huit premières étoiles viennent d'être publiés dans la revue "Astronomical Journal". "Non seulement nous avons pu distinguer clairement les huit disques", résume Henning Avenhaus, "mais nous avons également été surpris de voir à quel point ils semblaient tous différents, en particulier en termes de taille". Alors que certains disques sur les images n'ont qu'un rayon de 80 unités astronomiques (80 fois la distance Soleil-Terre ou environ deux fois la distance moyenne Soleil-Pluton), d'autres s'étendent sur une distance étonnante de 700 UA.

"La plupart des disques présentent des anneaux, un phénomène connu gr?ce aux observations précédentes de disques autour d'étoiles plus massives", explique Sascha Quanz : "Aucun d'entre eux n'a cependant montré de structures en spirale, ce qui est régulièrement le cas pour les disques de Herbig." Les astronomes veulent maintenant découvrir d'où vient cette différence et ce qu'elle signifie pour la formation de planètes autour de différents types d'étoiles.

Un début sous une mauvaise étoile

Même si le projet a été couronné de succès, les débuts se sont avérés difficiles. Henning Avenhaus raconte : "La première demande de temps d'observation (à l'époque avec l'ancien instrument NACO) a été soumise et hautement classée dès mars 2013, mais des travaux de maintenance inattendus sur l'instrument ont rendu impossible la prise de données". La même chose s'est produite en septembre 2013. ? cette époque également, l'instrument n'était pas disponible. Lors de la troisième tentative, en mars 2015, Henning Avenhaus s'est rendu au télescope pour découvrir qu'un dysfonctionnement de l'instrument était survenu la nuit précédant le début de l'observation. Toutefois, le vent et les nuages auraient de toute fa?on rendu le travail impossible.

C'est à ce moment-là que l'équipe a décidé de passer à un nouvel instrument - SPHERE. En mars 2016, cela a fonctionné : tant l'instrument que la météo se sont comportés de manière décente, comme s'en souvient Henning Avenhaus : "J'étais sur le Cerro Paranal, où se trouve le Very Large Telescope, je travaillais les nuits entières pour faire les observations et, de temps en temps, je quittais la salle de contr?le pour aller sur la plateforme du télescope, où je pouvais admirer le ciel étoilé impressionnant".

Les données recueillies lors de plusieurs nuits d'observation en mars 2016 et 2017 étaient d'excellente qualité. Ainsi, plus de cinq ans après l'idée initiale, les chercheurs ont été récompensés par des résultats qui contribueront à mieux comprendre la formation des planètes. "L'ensemble de données de grande qualité prouve de manière impressionnante à quel point SPHERE est performant pour ces observations", déclare Sascha Quanz : "Il y a ainsi nettement plus de sites de naissance de planètes que nous avons pu étudier avec une haute résolution. Cela nous permettra à long terme d'avoir un aper?u statistique important de la formation des planètes", ce à quoi devraient contribuer d'autres résultats du programme DARTTS-S et des observations similaires avec le radiotélescope ALMA au Chili.