Découverte d’un disque de formation des planètes avec des anneaux désaxés autour d’un système à 3 étoiles

Lorsque nous regardons dans le ciel et que nous voyons un seul soleil, nombreux sont ceux qui ne réalisent pas que notre système solaire est unique dans sa disposition. En général, les étoiles qui ressemblent à notre Soleil naissent avec des sœurs. Dans les systèmes solaires à étoiles multiples, les planètes ont généralement des orbites qui ne sont pas alignées avec celles de leurs étoiles. Ces étranges orbites proviennent des disques de formation des planètes, disque protoplanétaire, qui entourent les étoiles. C’est par ces disques de poussière entourant les étoiles que les planètes se forment par l’accrétion de cette matière.

Image d’entête : animation artistique du disque déformé et tordu de GW Orionis. (ESO/ Kraus et coll./ L. Calçada)

Deux équipes distinctes ont maintenant rapporté avoir découvert un disque de formation de planètes, avec des anneaux mal alignés autour d’un système stellaire triple appelé GW Orionis, qui se trouve à un peu plus de 1 300 années-lumière dans la constellation d’Orion.

Elles suggèrent qu’il a été désaxé soit par l’attraction gravitationnelle des étoiles, soit par une planète naissante. Si des disques mal alignés ont déjà été observés, il n’a pas été possible de relier directement leur structure aux effets de distorsion des disques.

Dans cette plus récente étude, publiée cette semaine, une équipe dirigée par Stefan Kraus de l’université d’Exeter, au Royaume-Uni, a observé le disque du système et il a suivi le mouvement orbital de ses étoiles pendant 11 ans à l’aide de plusieurs télescopes infrarouges proches et submillimétriques (ALMA, VLT).

Images de l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) du disque de formation planétaire réalisées avec les données de Bi et col (à droite) et Kraus et col  (à gauche). (ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), S. Kraus & J. Bi; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello)

Observation ALMA (à gauche) et VLT (à droite). (ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), ESO/Exeter/Kraus et col.)

En combinant les techniques d’interférométrie et de polarimétrie, ils ont identifié l’anneau intérieur mal aligné et ils ont obtenu une image de l’ombre qu’il projette sur le reste du disque. À partir de là, ils ont développé un modèle tridimensionnel et une simulation du système, qui reproduit l’anneau intérieur excentré et une région intermédiaire du disque fortement déformée.

Représentation de la structure du disque et de l’orbite stellaire du système triple GW Orionis, telle que déduite des observations ALMA et VLT. Les anneaux orange sont les anneaux (désalignés) vus par ALMA. Les surfaces transparentes correspondent aux filaments de poussière de faible densité qui relient les anneaux et qui dominent l’émission en lumière diffusée. (Kraus et coll./NRAO/ AUI/ NSF)

Les recherches révèlent également que cet anneau intérieur contient 30 masses de poussière terrestre, ce qui pourrait suffire à former des planètes.

Selon Alexander Kreplin, un collègue de Kraus et coauteur de l’étude :

Toute planète formée à l’intérieur de l’anneau désaligné sera en orbite autour de l’étoile sur des orbites très obliques et nous prévoyons que de nombreuses planètes sur des orbites obliques et très éloignées seront découvertes lors des futures campagnes d’imagerie planétaire.

L’équipe internationale comprenait des chercheurs du Royaume-Uni, de Belgique, du Chili, de France et des États-Unis.

Leurs simulations informatiques montrent, disent-ils, que le désalignement des orbites des trois étoiles pourrait provoquer la rupture du disque qui les entoure en anneaux distincts, ce qui est exactement ce qu’ils constatent dans leurs observations.

La forme observée de l’anneau intérieur correspond également aux prédictions des simulations numériques sur la façon dont le disque se désalignerait.

Cependant, les auteurs de la deuxième étude suggèrent une autre explication possible pour le grand désalignement entre les anneaux de poussière intérieurs et moyens.

Selon l’auteur principal, Jiaqing Bi, de l’université Victoria au Canada :

Nous pensons que la présence d’une planète entre ces anneaux est nécessaire pour expliquer pourquoi le disque s’est désaxé.

La première étude de Stefan Kraus et coll. publiée dans Science : A triple-star system with a misaligned and warped circumstellar disk shaped by disk tearing et la la seconde étude de Jiaqing Bi et coll. : GW Ori: Interactions between a Triple-star System and Its Circumtriple Disk in Action. Présentées sur le site de la NRAO : ALMA Discovers Misaligned Rings in Planet-Forming Disk Around Triple Stars et sur le site de l’ESO : New Observations Show Planet-forming Disc Torn Apart by its Three Central Stars.