Un modèle scientifiquement précis de Beta Pictoris et de son disque. Cliquez pour agrandir
Les disques de gaz et de poussière qui entourent les étoiles nouveau-nés sont appelés disques proto-planétaires; qui sont censées être des régions où des planètes finiront par se former. Ces disques disparaissent à mesure que les étoiles mûrissent, mais certaines étoiles peuvent encore être vues avec un nuage de matière autour d'eux appelé disques de débris. L'un des plus célèbres d'entre eux est le disque entourant Beta Pictoris, situé à seulement 60 années-lumière.
Les planètes se forment dans des disques de gaz et de poussière qui entourent les étoiles naissantes. Ces disques sont appelés disques proto-planétaires. La poussière de ces disques devient des planètes rocheuses comme la Terre et les noyaux intérieurs des planètes gazeuses géantes comme Saturne. Cette poussière est également un dépôt d'éléments qui forment la base de la vie.
Les disques proto-planétaires disparaissent à mesure que les étoiles mûrissent, mais de nombreuses étoiles ont ce qu'on appelle des disques de débris. Les astronomes émettent l'hypothèse qu'une fois que des objets tels que les astéroïdes et les comètes sont nés du disque proto-planétaire, les collisions entre eux peuvent produire un disque de poussière secondaire.
L’exemple le plus connu de ces disques de poussière est celui qui entoure la deuxième étoile la plus brillante de la constellation Pictor, ce qui signifie «chevalet de peintre». Cette étoile, connue sous le nom de Beta Pictoris ou Beta Pic, est une très proche voisine du Soleil, à seulement soixante années-lumière de là, et donc facile à étudier en détail.
Beta Pic est deux fois plus brillant que le soleil, mais la lumière du disque est beaucoup plus faible. Les astronomes Smith et Terrile ont été les premiers à détecter cette faible lumière en 1984, en bloquant la lumière de l'étoile elle-même en utilisant une technique appelée coronagraphie. Depuis lors, de nombreux astronomes ont observé le disque Beta Pic en utilisant des instruments et des télescopes terrestres et spatiaux toujours meilleurs pour comprendre en détail le lieu de naissance des planètes, et donc la vie.
Une équipe d'astronomes de l'Observatoire national d'astronomie du Japon, de l'Université de Nagoya et de l'Université d'Hokkaido a combiné pour la première fois plusieurs technologies pour obtenir une image de polarisation infrarouge du disque Beta Pic avec une meilleure résolution et un contraste plus élevé que jamais: un télescope à grande ouverture ( le télescope Subaru, avec son grand miroir primaire de 8,2 mètres), la technologie d'optique adaptative et un imageur coronagraphique capable de prendre des images de lumière avec différentes polarisations (imageur coronagraphique de Subaru avec optique adaptative, CIAO).
Un télescope à grande ouverture, en particulier avec la grande qualité d'image de Subaru, permet de voir une lumière faible à haute résolution. La technologie d’optique adaptative réduit les effets de distorsion de l’atmosphère de la Terre sur la lumière, permettant des observations de plus haute résolution. La coronographie est une technique pour bloquer la lumière d'un objet brillant comme une étoile, pour voir des objets plus faibles près d'elle, comme des planètes et de la poussière entourant une étoile. En observant la lumière polarisée, la lumière réfléchie peut être distinguée de la lumière provenant directement de sa source d'origine. La polarisation contient également des informations sur la taille, la forme et l'alignement de la lumière réfléchissant la poussière.
Grâce à cette combinaison de technologies, l'équipe a réussi à observer le Beta Pic dans la lumière infrarouge de deux micromètres de longueur d'onde à une résolution d'un cinquième de seconde d'arc. Cette résolution correspond à la possibilité de voir un grain de riz individuel à un mile de distance ou une graine de moutarde à un kilomètre de distance. L’atteinte de cette résolution représente une amélioration considérable par rapport aux observations polarimétriques antérieures comparables des années 1990 qui n’avaient que des résolutions d’environ une seconde et demie d’arc.
Les nouveaux résultats suggèrent fortement que le disque de Beta Pic contient des planétésimaux, des astéroïdes ou des objets de type comète, qui entrent en collision pour générer de la poussière qui reflète la lumière des étoiles.
La polarisation de la lumière réfléchie par le disque peut révéler les propriétés physiques du disque telles que la composition, la taille et la distribution. Une image de tous les deux micromètres de lumière de longueur d'onde montre la longue structure mince du disque vue presque sur le bord. La polarisation de la lumière montre que dix pour cent des deux micromètres sont polarisés. Le motif de polarisation indique que la lumière est un reflet de la lumière provenant de l'étoile centrale.
Une analyse de la façon dont la luminosité du disque change avec la distance de la centrale montre une diminution progressive de la luminosité avec une petite oscillation. La légère oscillation de luminosité correspond à des variations de densité du disque. L'explication la plus probable est que les régions plus denses correspondent à l'endroit où les planétésimaux entrent en collision. Des structures similaires ont été observées plus près de l’étoile dans des observations antérieures à des longueurs d’onde plus longues à l’aide de la caméra et du spectrographe COoled Mid-Infrared de Subaru (COMICS) et d’autres instruments.
Une analyse similaire de la façon dont la quantité de polarisation change avec la distance de l'étoile montre une diminution de la polarisation à une distance de cent unités astronomiques (une unité astronomique est la distance entre la Terre et le Soleil). Cela correspond à un endroit où la luminosité diminue également, ce qui suggère qu'à cette distance de l'étoile, il y a moins de planétésimaux.
Alors que l'équipe a étudié des modèles du disque Beta Pic qui peuvent expliquer à la fois les observations nouvelles et anciennes, ils ont constaté que la poussière dans le disque Beta Pic est plus de dix fois plus grande que les grains typiques de poussière interstellaire. Le disque de poussière Beta Pics est probablement constitué de bouquets de poussière et de glace de taille micrométrique, comme de minuscules lapins de poussière de la taille d'une bactérie.
Ensemble, ces résultats fournissent des preuves très solides que le disque entourant Beta Pic est généré par la formation et la collision de planétésimaux. Le niveau de détail de ces nouvelles informations renforce notre compréhension de l'environnement dans lequel les planètes se forment et se développent.
Motohide Tamura, qui dirige l'équipe, explique que «peu de gens ont pu étudier le lieu de naissance des planètes en observant la lumière polarisée avec un grand télescope. Nos résultats montrent qu'il s'agit d'une approche très enrichissante. Nous prévoyons d'étendre nos recherches à d'autres disques pour obtenir une image complète de la façon dont la poussière se transforme en planètes. »
Ces résultats ont été publiés dans l'édition du 20 avril 2006 du Astrophysical Journal.
Membres de l'équipe: Motohide Tamura, Hiroshi Suto, Lyu Abe (NAOJ), Misato Fukagawa (Nagoya University, California Institute of Technology), Hiroshi Kimura, Tetsuo Yamamoto (Hokkaido University)
Cette recherche a été soutenue par le ministère de l'Éducation, de la Culture, des Sports, des Sciences et de la Technologie du Japon par le biais d'une subvention à la recherche scientifique sur les domaines prioritaires pour le «développement de la science planétaire extra-solaire».
Source d'origine: communiqué de presse de l'ANOJ
