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SPHERE découvre sa première protoplanète

L’instrument SPHERE installé au VLT à l’ESO a permis de mettre en évidence pour la première fois une protoplanète logée à l’intérieur d’un disque de transition autour de l’étoile PDS70. L’objet est âgé de seulement 5 à 6 millions d’années. Cette découverte a fait l’objet d’une publication dans la revue Astronomy & Astrophysics, en date du 29 juin 2018.

Depuis longtemps la présence de cavités et d’anneaux dans les disques protoplanétaires entourant les étoiles jeunes est attribuée à la présence de planètes en formation.

Découverte de la protoplanète, PDS70b Cette image montre la planète PDS70b située à l’intérieur de la cavité d’un disque protoplanétaire. L’étoile centrale a été "supprimée" par différentes techniques optiques et numériques pour permettre de mettre en évidence, dans son environnement, des objets beaucoup plus faibles (la planète est 4500 fois plus faible que son étoile).
En haut de l’image, apparaît un arc, peut-être un bras spiral, en bord de la cavité. © Keppler et al. 2018, Müller et al. 2018

La planète PDS70b orbite autour de son étoile à une distance de 22 unités astronomiques, et effectue une révolution complète en 120 ans environ.

Ce système stellaire est situé à 113 parsecs, soit à 370 années-lumière, ce qui a rendu la détection de sa planète difficile : celle-ci se situe à seulement 0.2’’ de son étoile.

Le mouvement orbital de la planète est visible par comparaison d’observations obtenues par SPHERE en 2015, 2016 et 2018, avec celles d’autres instruments : NACO au VLT, et NICI sur Gemini Sud.

L’étude spectroscopique dans le proche infrarouge (0,96 à 3,8 microns) indique une température de 1 000 à 1 600 Kelvin environ, ce qui devrait correspondre à une masse de l’ordre de 5 à 10 fois la masse de Jupiter.

Spectre de la planète PSD70b Mesures spectroscopiques en proche infrarouge (carrés de couleurs) de la planète PDS70b comparés à plusieurs modèles d’atmosphères (lignes de couleurs) © Keppler et al. 2018, Müller et al. 2018

La comparaison avec les modèles d’atmosphères suggère également la présence de nuages dans son atmosphère.

Certains modèles favorisent une taille relativement large, jusqu’à 3,7 rayons de Jupiter, ce qui est inhabituel. Il est possible que la planète soit en train d’accréter du gaz pendant qu’elle orbite à l’intérieur du disque.

Deux articles publiés par M. Keppler et A. Müller (Max Planck Institute for Astronomy in Heidelberg) présentent la détection et la caractérisation du disque et de la planète.

SPHERE a également obtenu des observations polarimétriques qui, une fois combinées aux observations en intensité, permettent de contraindre les propriétés des poussières composant le disque (en particulier leur taille). Le disque possède une cavité, dont la dimension s’étend sur 54 unités astronomiques, à l’intérieur de laquelle se situe la planète.

Contributions des chercheurs du LESIA

Cette découverte majeure de SPHERE ouvre de nouvelles opportunités pour étudier et mieux comprendre la formation des planètes et leur évolution.

Les chercheurs du LESIA ont contribué à cette découverte : au niveau de la détection et de la caractérisation du disque et de la planète.

SPHERE est un instrument installé au Very Large Telescope depuis 2014, développé par un consortium de laboratoires européens mené par l’Institut de Planétologie et d’Astrophysique de Grenoble (IPAG).

Le Laboratoire d’études spatiales et d’instrumentation en astrophysique de l’Observatoire de Paris a participé au développement de cet instrument sur plusieurs aspects.

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