Une nouvelle étude révèle les images de jeunes systèmes planétaires et leurs ceintures d’astéroïdes et de comètes

Les astronomes ont utilisé un instrument appelé SPHERE, un chasseur d’exoplanètes qui permet de détecter des planètes et des disques entourant les étoiles, dont l’assemblage et la conception ont été réalisés en partie en France et à Grenoble au sein de l’Institut de planétologie et d’astrophysique de Grenoble. Cet instrument est conçu pour corriger la turbulence de l'atmosphère terrestre afin de fournir les images les plus nettes possibles et tirer parti de la puissance du télescope de 8 mètres du VLT situé dans le désert d'Atacama. Grâce aux capacités avancées d'imagerie et de polarimétrie de SPHERE, les chercheuses et chercheurs ont analysé les images de 161 jeunes étoiles, situées dans l’environnement proche de notre soleil.

L'étude a révélé des images détaillées de 51 disques de débris, dont quatre ont été photographiés pour la première fois (voir ci-dessus). Ces images révèlent la poussière fine contenue dans ces disques. Elles sont produites lors des collisions entre les corps plus gros, les astéroïdes et comètes, et diffusent ainsi efficacement la lumière de leur étoile. Ces poussières se distribuent sous forme d’anneaux autour de l’étoile, et selon l’angle de vue depuis la Terre, ces structures peuvent être observées de dessus ou de côté, donnant ainsi différentes géométries.

Les observations de SPHERE montrent que de nombreux systèmes planétaires partagent une organisation similaire à la nôtre, avec plusieurs planètes en orbite à l'intérieur d’anneaux de poussière semblables à la ceinture de Kuiper. Parmi eux, HR 8799 se distingue comme le premier système où quatre planètes — géantes gazeuses situées entre deux ceintures de débris — ont été directement imagées avec le VLT, une découverte historique de 2008. Dans notre système solaire, quatre planètes gazeuses ou glacées orbitent elles aussi entre la ceinture d’astéroïdes et celle de Kuiper. Dans cette nouvelle étude, l'image SPHERE de ce célèbre système planétaire révèle pour la première fois l'anneau de poussière le plus interne. L'équipe d’astronomes rapporte également la découverte d'une deuxième planète géante en transit dans un autre système, HD 114082. Les deux planètes orbitent proches de leur étoile et se trouvent à l'intérieur d’un analogue de la ceinture de Kuiper, fournissant ainsi un nouveau cas d’étude de l'interaction entre des planètes et un disque de débris.

Leurs interactions gravitationnelles peuvent façonner la distribution des particules de poussière, produisant une variété de structures telles que des asymétries ou des zones de surdensité qui trahissent la présence de planètes autrement invisibles dans ces observations. Dans plusieurs systèmes, ces observations fournissent des preuves solides de l'interaction entre les planètes et les disques. Pour illustrer cela, la figure ci-dessous montre des images SPHERE détaillées des disques de débris autour des jeunes étoiles HD 106906 et HR 4796. Le disque de HD 106906 présente une asymétrie gauche / droite de luminosité et abrite une planète géante, dont l'influence gravitationnelle est probablement à l'origine de cette asymétrie. Le disque de HR 4796 présente quant à lui des bords très francs, signe caractéristique d'un modelage dynamique par des planètes en orbite à l'intérieur de l’anneau, comme le fait Neptune avec la ceinture de Kuiper.
 
Les futures observations réalisées avec le télescope spatial James-Webb et le futur télescope géant ELT de l'ESO permettront aux astronomes de détecter directement les planètes qui créent ces structures, d'étudier des disques plus faibles ou plus compacts, offrant ainsi une vue sans précédent sur la formation et l'évolution de ces systèmes planétaires.

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Référence article

ENGLER, N. ; MILLI, J. ; PAWELLEK, N. ; GRATTON, R. ; THÉBAULT, P. ; LAZZONI, C. ; OLOFSSON, J. ; SCHMID, H. M. ; ULMER-MOLL, S. ; PERROT, C. ; VAN HOLSTEIN, R. G. ; AUGEREAU J.-C. ; DESIDERA, S. ; CHAUVIN, G. ; JANSON, M. ; XIE, C. ; HENNING, Th. ; BOCCALETTI, A. ; BROWN, S. ; CHOQUET, E. ; DOMINIK, C. ; SAMLAND, M. ; ZURLO, A. ; FELDT, M. ; FUSCO, T. ; GINSKI, C. ; GIRARD J. H. ; GISLER, D. ; LANGLOIS, M. ; MAIRE, A.-L. ; MESA, D. ; RABOU? P. ; RODET, L. ; SCHMIDT, T. ; VIGAN, A. Characerization of debris disks observed with SPHERE, Astronomy and Astrophysics, 2025, DOI:10.1051/0004-6361/202554953.