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Un disque de matière autour d'une planète extraterrestre pourrait former des lunes pendant que nous regardons

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Jusqu'à présent, les astronomes ont trouvé près de 4 500 exoplanètes en orbite autour d'autres étoiles. Mais, malgré ce grand nombre, il n'y a eu aucune détection solide d'une exomoune, une lune en orbite autour de l'une de ces planètes * .



Pourtant, il existe des preuves intrigantes qu'une planète en orbite autour d'une étoile proche peut avoir les matières premières pour construire une lune , et une ou plusieurs lunes peuvent s'y former en ce moment. De nouvelles observations (et extrêmement froides) confirment les précédentes que la planète est entourée d'un disque de poussière avec une masse suffisante pour faire plusieurs lunes de la taille de notre propre Lune.

L'étoile s'appelle PDS 70 . Il est à environ 365 années-lumière, et très jeune, environ 5 millions d'années (à titre de comparaison, le Soleil est de 4,6 milliards, mille fois plus vieux). Il est si jeune qu'il est encore entouré d'un disque circulaire de gaz et de poussière qui est clairement visible sur les images haute résolution. C'est en fait plus un anneau, un disque avec une énorme cavité au milieu. Le bord intérieur de l'anneau est à environ 6,8 milliards de kilomètres de l'étoile et s'étend jusqu'à environ 15 milliards (nous le voyons sous un angle de sorte qu'il ressemble à une ellipse).







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L'étoile PDS 70 est entourée d'un anneau de poussière et de deux planètes connues. La planète intérieure est trop faible pour être vue ici, mais le point lumineux à la position 2h00 de l'étoile est PDS 70c, qui héberge un disque de matière autour d'elle qui pourrait former des lunes. Crédit : ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Benisty et al.

Entre l'étoile et l'anneau se trouvent deux planètes connues, appelées PDS 70b et c. On ne sait pas quelle est leur taille, mais il est très probable que les deux aient entre 1 et 10 fois la masse de Jupiter. L'extérieur, PDS 70c, est très proche du bord intérieur de l'anneau, et il est probable que la gravité de la planète tronque le bord intérieur de l'anneau, attirant du gaz et de la poussière qui se rapprochent davantage de l'étoile. Les deux planètes ont balayé gravitationnellement une grande région autour de l'étoile jusqu'à l'anneau.

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En 2019, cependant, une équipe d'astronomes utilisant ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) a signalé avoir trouvé un excès de lumière à grande longueur d'onde provenant du PDS 70c. A cette longueur d'onde (855 microns ou 0,855 mm, si vous prenez des notes) la planète devrait être très faible, donc cela doit venir d'autre chose. Ils ont conclu qu'il s'agissait peut-être d'un disque circumplanétaire , un disque de poussière autour de la planète elle-même, qui peut briller à cette longueur d'onde.

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Un gros plan de la planète PDS 70c (à droite) montre qu'elle est nettement séparée du bord intérieur du disque extérieur (à gauche), et l'excès de luminosité est dû à un disque de poussière circumplanétaire (le duvet étendu autour de la planète dans cette image est en lumière de fond et non du disque, qui est trop petit pour être vu ici). Crédit : ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Benisty et al.





De nouvelles observations le confirment, cependant . Ils ont une résolution plus élevée et peuvent séparer proprement la planète du bord intérieur de l'anneau extérieur, montrant de manière assez convaincante que l'excès de lumière provient de la zone autour de la planète. Le disque circumplanétaire n'est pas résolu (c'est-à-dire qu'il apparaît comme un point au télescope), ce qui signifie qu'il doit avoir un diamètre inférieur à environ 360 millions de kilomètres, une fraction plus grande que l'orbite de la Terre autour du Soleil. Compte tenu de sa luminosité, ils estiment qu'il n'est probablement pas inférieur à environ 180 millions de km de diamètre également.

La poussière dans le disque est froide, environ -245° C (-410° F) — attention, cette planète est à peu près aussi éloignée de son étoile que Neptune l'est du Soleil. Puissant froid dans ces régions. Compte tenu de sa température et de la taille probable des grains de poussière, les astronomes estiment que la masse du disque est d'environ 0,007 à 0,031 fois la masse de la Terre. C'est environ ½ à 2,5 fois la masse de notre Lune, donc peut-être assez pour faire un satellite de taille décente. Je note que c'est la masse à présent ; il est possible qu'une ou plusieurs lunes se soient déjà formées là-dedans, il s'agit donc de la masse restante d'un processus de formation de lune en cours.

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Ce est tellement cool! Nous assistons peut-être à la formation d'un système lunaire semblable à Jupiter avec le PDS 70c. Étonnante.

L'autre planète, PDS 70b, a également trop d'émissions de 855 microns, elle peut donc aussi avoir un disque circumplanétaire. Il est plus proche de l'étoile, donc le disque doit être plus petit (la gravité de l'étoile tronquera sa taille ; s'il devient trop gros, la poussière sera retirée de la planète). Est-ce qu'il forme aussi des lunes ? Peut-être.

Oeuvre représentant l'anneau de poussière circumplanétaire autour de PDS 70c, et une possible lune s'y formant. Crédit : NRAO/AUI/NSF, S. DagnelloAgrandir

Oeuvre représentant l'anneau de poussière circumplanétaire autour de PDS 70c, et une possible lune s'y formant. Crédit: NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello

J'ai dit plus tôt que les planètes ont balayé une grande partie du système sans poussière. Cependant, les observations d'ALMA montrent également qu'il y a un intérieur anneau de poussière qui ne s'étend qu'à environ 2,5 milliards de km de l'étoile. Cet anneau est faible et donc pas très massif ; les auteurs estiment qu'il a une masse pas plus d'environ 1/3 de la Terre, et peut-être moins. Cela pourrait rapprocher une planète plus petite, mais étant donné la fine couche de poussière, cela semble peu probable. D'un autre côté, s'il y a des planètes aussi proches de l'étoile, elles seraient presque impossibles à repérer.

En plus de tout cela, ils voient que l'anneau extérieur contient une région brillante où la poussière peut s'accumuler. Cela pourrait indiquer une autre planète en orbite près de l'anneau, trop faible pour être détectée sur les images. Le bord extérieur tranchant de l'anneau implique également quelque chose qui le coupe. Ce n'est pas concluant, mais clairement ce système réserve beaucoup de surprises. Je m'attends à ce que les astronomes l'observent beaucoup au cours des prochaines années.

Je me demande si c'est à cela que ressemblait notre propre système solaire il y a 4,55 milliards d'années, quand les planètes commençaient tout juste à fusionner ? J'apprécie les aspects scientifiques de PDS 70, ce que nous pouvons en apprendre sur la formation stellaire et planétaire. Mais il est difficile de ne pas le prendre personnellement et de se demander si c'est comme voir nos propres photos de bébé, si certaines avaient été prises il y a des éons.

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*Il existe des preuves convaincantes que le monde de la taille de Jupiter Kepler-1625b peut avoir une lune de la taille de Neptune, mais cela n'a pas encore été confirmé.