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La jeune géante qui s’est fait une place au soleil

Par Jean-Francois Donati - 21/06/2016

 

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La jeune géante qui s’est fait une place au soleil

Depuis 20 ans, les planètes géantes qu’on nomme Jupiters chauds défient les astronomes. Comment ces astres atteignent-ils des orbites 100 fois plus serrées que celle de Jupiter autour du Soleil ? Une équipe internationale vient d’annoncer1 la découverte d’un très jeune Jupiter chaud au voisinage immédiat d’un soleil d’à peine 2 millions d’années - l’équivalent stellaire d’un nourrisson d’une semaine. Cette toute première preuve que les Jupiters chauds apparaissent dès les origines constitue un progrès majeur dans notre compréhension de la formation et de l’évolution des systèmes planétaires.

Pour cette étude, l’équipe a scruté une étoile d’à peine 2 millions d’années baptisée V830 Tau au coeur de la pouponnière stellaire du Taureau distante de 430 années-lumière. Après un mois et demi d’observations, l’équipe a détecté une variation régulière de la vitesse de l’étoile, révélant la présence d’une planète presque aussi massive que Jupiter sur une orbite 20 fois plus serrée que celle de la Terre autour du Soleil. « Notre découverte prouve pour la première fois que les Jupiters chauds apparaissent dès la phase de formation et ont donc un impact majeur sur l’architecture des systèmes planétaires » souligne Jean-François Donati, directeur de recherche CNRS à l’IRAP / OMP2 et premier auteur de l’étude publiée cette semaine dans le journal Nature.

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Vue d’artiste de la jeune planète géante nouvellement détectée à proximité immédiate de l’étoile active en formation V830 Tau, telle qu’un observateur situé proche de la planète pourrait la voir (crédit Mark A. Garlick / markgarlick.com)

Dans le système solaire, les petites planètes rocheuses comme la Terre orbitent près du Soleil alors que les géantes gazeuses comme Jupiter et Saturne patrouillent bien plus loin. « La découverte il y a 20 ans de planètes géantes côtoyant leur étoile a sidéré la communauté et révolutionné le domaine » rappelle Claire Moutou, directrice de recherche CNRS au Télescope Canada-France-Hawaii3 (TCFH) et coauteure de cette nouvelle étude. Les travaux théoriques nous apprennent que ces planètes ne peuvent se former que dans les confins glacés du disque protoplanétaire donnant naissance à l’étoile centrale et à son cortège de planètes. Certaines d’entre elles migrent vers l’étoile sans y tomber, devenant dès lors des Jupiters chauds.

« Nos modèles théoriques de formation planétaire ne permettent toutefois pas encore de prédire si cette migration se produit tôt dans la vie des géantes gazeuses, alors qu’elles se nourrissent encore au sein du disque primordial, ou bien plus tard lorsque les nombreuses planètes formées interagissent et propulsent certaines d’entre elles au voisinage immédiat de l’étoile » explique Clément Baruteau, chargé de recherche CNRS à l’IRAP / OMP et coauteur de l’étude. « Avec cette découverte qui démontre que le premier de ces processus est bien à l’oeuvre, notre compréhension de la migration des planètes, et plus généralement de la formation des systèmes planétaires,progresse d’un bond ».

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Le plus jeune Jupiter chaud connu aujourd’hui, détecté autour de l’étoile en formation V830 Tau, évolue dans la toile magnétique de l’étoile (les lignes blanches et bleues représentant les zones de champ fermé et ouvert) telle qu’observée par spectropolarimétrie et reconstruite par une méthode tomographique inspirée de l’imagerie médicale (crédit JF Donati)

Parmi les Jupiters chauds connus, certains possèdent une orbite inclinée, voire inversée, suggérant qu’ils ont été précipités vers l’étoile par d’ombrageuses voisines ; d’autres se contentent d’évoluer dans le plan équatorial de l’étoile, évoquant une ancienne migration au sein même du disque. « La jeune géante que nous venons de détecter fournit pour la premiere fois la preuve que la migration au sein du disque est à l’oeuvre » précise Andrew Collier Cameron, coauteur et professeur à l’Université de StAndrews en Ecosse.

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L’activité de V830 Tau engendre des perturbations spectrales bien plus fortes que celles dues au mouvement réflexe induit par sa planète géante. Cette animation illustre les distortions du profil des raies et le décalage spectral associé (amplifié 20x) engendrés par l’activité magnétique stellaire (flèche bleue), par la planète détectée (flèche verte) et par la combinaison des deux effets (flèche rouge) sur le spectre de V830 Tau (crédit JF Donati).

Pour cette découverte, l’équipe a utilisé les spectropolarimètres jumeaux ESPaDOnS et Narval, conçus et construits à l’IRAP / OMP. Installé au TCFH au sommet du Maunakea, un volcan endormi de la grande île de l’archipel d’Hawaii, ESPaDOnS est alimenté par fibres optiques, soit depuis le TCFH lui même, soit depuis son voisin, le télescope Gemini, via un lien fibré de 300m baptisé GRACES. Narval est monté quant à lui au Télescope Bernard Lyot4 (TBL) au sommet du Pic du Midi. « L’utilisation combinée des trois télescopes s’est avérée essentielle pour obtenir la continuité requise dans le suivi de V830 Tau » mentionne Lison Malo, coauteure et astronome au TCFH impliquée dans la coordination des observations.

« Avec SPIRou et SPIP, les spectropolarimètres infrarouges de nouvelle génération construits par l’équipe pour le TCFH et le TBL et dont la mise en service est prévue en 2017 et 2019, les performances seront encore largement améliorées, ce qui nous permettra d’étudier la formation des nouveaux mondes avec une sensibilité sans précédent », ajoute Louise Yu, coauteure et doctorante en exoplanétologie à l’IRAP / OMP.


Contacts

Jean-Francois Donati,IRAP / OMP, Fr, 1er auteur, t :+33-561332917, e : jean-francois.donati@irap.omp.eu
Claire Moutou, CFHT, Hawaii, 2ème auteure, t : +1-8088857944, e : moutou@cfht.hawaii.edu
Clément Baruteau, IRAP / OMP, Fr, coauteur, t :+33-561334701, e : clement.baruteau@irap.omp.eu
Louise Yu, IRAP / OMP, Fr, coauteure, e : louise.yu@irap.omp.eu
Elodie Hébrard, York University, Toronto, coauteure, t : +416-736-2100 x44599, e : ehebrard@yorku.ca
Silvia Alencar, UFMG, Brazil, coauteure, t : +55-3134095661, e : silvia@fisica.ufmg.br
Jérome Bouvier, IPAG / OSUG, Fr, coauteur, t : +33-476514790, e : jerome.bouvier@univ-grenoble-alpes.fr
Pascal Petit, IRAP / OMP, Fr, coauteur, t : +33-561332828, e : pascal.petit@irap.omp.eu
Michihiro Takami, ASIAA, Taiwan, coauteur, t : +886-2-2366-5402, e : hiro@asiaa.sinica.edu.tw
Andrew Collier Cameron, Univ of St Andrews, UK, coauteur, t : +44-1334463147, e : acc4@st-andrews.ac.uk

Fichier PDF file et images complémentaires

Ce communiqué de presse est aussi disponible sous la forme d’un fichier pdf accompagné d’illustrations / animations additionnelles

Additional information

[1] L’étude (en anglais) décrivant la découverte, publiée dans le journal Nature, est accessible depuis ce lien.

[2] L’IRAP (Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie) est un laboratoire de l’OMP (Observatoire Midi-Pyrénées) sous la cotutelle du CNRS / INSU (Centre National de la Recherche Scientifique / Institut National des Sciences de l’Univers) et de l’UFTMiP / UPS (Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées / Université Paul Sabatier)

[3] Le TCFH est opéré par le Centre national de recherches du Canada (CNRC), le CNRS / INSU en France et l’Université d’Hawaii

[4] Le TBL est opéré par l’IRAP / OMP, le CNRS / INSU et l’UFTMiP / UPS

 

 

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