Pour trouver une planète, recherchez des signes de formation de planètes

Trouver des planètes émergentes est une tâche difficile mais importante pour les astronomes : seules trois planètes ont été découvertes, et la dernière a été découverte il y a seulement quelques semaines.

Evan Rich, chercheur postdoctoral à l’Université du Michigan, suggère qu’au lieu de rechercher la formation de planètes individuelles, les astronomes feraient peut-être mieux de trouver l’environnement probable de leur formation.

Ce faisant, Rich et une équipe d’astronomes ont découvert que les systèmes avec des étoiles de moins de trois masses solaires sont plus susceptibles d’avoir de grands anneaux de petits grains de poussière, d’une taille d’environ microns – signes potentiels de formation de planètes – que des étoiles plus grandes. et peut-être découvert une nouvelle planète autour d’une très jeune étoile.

Dirigée par Evan Richi, boursier postdoctoral à l’Université du Michigan, et John Monnier, l’équipe a capturé 44 cibles dans une étude appelée Gemini-Large Imaging with GPI Herbig / T-tauri Survey, ou Gemini-LIGHTS. Les astronomes ont détecté environ 80 % des 44 cibles sous une certaine forme de poussière. L’équipe a publié une galerie de 6 des 44 cibles qui montrent différentes morphologies qui renseignent les scientifiques sur la dynamique du disque lui-même. Rich présentera un document récapitulatif des conclusions de la réunion annuelle de cette année de l’American Astronomical Society. Son étude a également été publiée dans le Astronomical Journal. Crédit image : Crédit : Evan Rich, Université du Michigan

Rich présente ses découvertes, compilées à partir du premier article de synthèse de Gemini-Large Imaging avec GPI Herbig / T-tauri Survey, ou Gemini-LIGHTS, lors de la réunion annuelle de l’American Astronomical Society ce mois-ci. Son étude a également été publiée dans le Astronomical Journal.

“Il s’avère que trouver ces planètes est très, très difficile”, a déclaré Rich. “Nous adoptons donc une stratégie qui regarde le matériau lui-même plutôt que la planète.

« Quel est l’environnement des planètes ? » Quelle est la dynamique ? Comment distinguent-ils une étoile de poids très faible d’une étoile de poids très élevé ? La température de l’étoile affecte-t-elle le disque ? L’un des objectifs ultimes est de se demander comment tous ces paramètres affectent la formation de la planète.

Rich et son équipe de recherche ont utilisé le télescope Gemini Southern au Chili pour observer les étoiles plus massives que le soleil, afin d’étudier en quoi la formation des planètes ici peut différer. Plus précisément, l’équipe a utilisé Gemini Planet Imager pour visualiser des objets en lumière infrarouge ou légèrement plus rouges que nos yeux ne peuvent le voir. Les astronomes ont également examiné ces étoiles en lumière polarisée pour rechercher des matériaux sombres, tels que de la poussière, à côté des étoiles elles-mêmes.

“Le matériau que nous regardons est parfois un million de fois plus sombre que l’étoile elle-même, et l’utilisation de ces processus nous permet de voir ce matériau sombre autour d’étoiles très brillantes”, a déclaré Rich. “Ce qui se passe, c’est que la lumière de l’étoile est dispersée par la poussière, comme si la lumière du soleil était réfléchie par la surface de l’étang.”

Ce que vous voyez réfléchi par la surface de l’étang est une lumière non polarisée, ce qui signifie que ses ondes lumineuses vibrent dans toutes les directions. La polarisation de la lumière aligne ses vibrations dans un plan. De même, lorsque la lumière stellaire disperse des grains de poussière en orbite autour d’étoiles, les astronomes peuvent faire la distinction entre la lumière non polarisée d’une étoile et la lumière non polarisée de la poussière, et leur permettre d’observer les grains de poussière sur ce disque protoplanétaire.

“D’une certaine manière, c’est comme utiliser des lunettes de soleil polarisées, mais au lieu d’utiliser des lunettes pour atténuer la lumière diffuse, nous les utilisons pour l’augmenter”, a déclaré le co-auteur John Monnier, professeur d’astronomie à l’UM.

Les astronomes ont photographié 44 cibles et en ont détecté environ 80 %. L’équipe a publié une galerie montrant les différentes morphologies qui renseignent les scientifiques sur la dynamique du disque lui-même.

“C’est vraiment incroyable que nous soyons en astronomie au point où non seulement nous obtenons des images des planètes qui composent la planète autour des jeunes étoiles, mais nous pouvons peupler des galeries entières pour trier et étudier, reconstituer les histoires des planètes” origines.” a déclaré Alicia Aarnio, professeure agrégée de physique et d’astronomie à l’Université de Caroline du Nord-Greensboro, qui a dirigé la sélection de la cible.

“La théorie est que lorsque les planètes se forment, elles créent des anneaux de bois presque parfaits à partir du soleil”, a déclaré Rich. “Nous pensons que si vous voyez des anneaux et des vides sur un disque de poussière, il peut y avoir des planètes.”

Le groupe de travail a jusqu’à présent constaté que ces anneaux ne sont disponibles que sur les systèmes de moins de trois masses solaires. Les étoiles au-dessus de la masse du soleil ne semblent pas avoir les mêmes anneaux, et puisque ces anneaux sont un signe potentiel de formation de planètes, cela peut être un bon indicateur de l’endroit et de la façon dont les planètes se forment.

Les scientifiques ont également vu un motif dans les étoiles sans poussière.

“Il était surprenant de voir que même la présence d’un petit compagnon à une étoile hôte, comme une naine brune, réduisait considérablement les signes de la formation continue de la planète”, a déclaré Monnier.

Cette découverte confirme l’idée que les étoiles binaires proches semblent former des planètes moins fréquemment que les étoiles uniques, un résultat initialement proposé pour élucider les données du télescope spatial Kepler.

L'équipe a trouvé un certain nombre d'étoiles et de naines brunes en orbite autour des disques qui composent ces planètes, dont trois naines brunes et un candidat pour la planète nouvellement découverte V1295 Aql.  L'équipe a découvert que ces compagnons influençaient la quantité de poussière détectée autour des jeunes étoiles.  Crédit image : Evan Rich, Université du Michigan.
L’équipe a trouvé un certain nombre d’étoiles et de naines brunes en orbite autour des disques qui composent ces planètes, dont trois naines brunes et un candidat pour la planète nouvellement découverte V1295 Aql. L’équipe a découvert que ces compagnons influençaient la quantité de poussière détectée autour des jeunes étoiles. Crédit image : Evan Rich, Université du Michigan.

L’équipe a trouvé un certain nombre d’objets en orbite autour des étoiles, dont trois naines brunes et un candidat compagnon planétaire de l’extérieur du système de disque formant un disque V1295 Aql. Cet objet semble avoir environ 13 fois la masse de Jupiter, ce qui le place entre une étoile considérée comme une planète ou une étoile naine brune. Si de futures observations confirment cette orbite, il s’agirait de l’une des rares exoplanètes connues autour d’étoiles massives.

“Les anneaux de poussière, les lacunes et les branches en spirale vues par les jumeaux nous indiquent comment et quand les planètes se forment en temps réel. Avec des simulations plus avancées et de nouveaux télescopes comme le télescope spatial James Webb et le télescope géant, nous étudions les composants clés pour comprendre comment notre système solaire a vu le jour », a déclaré Jaehan Bae. , théoricien des planètes et ancien boursier postdoctoral, et étudiant au doctorat à l’UM qui est maintenant professeur adjoint d’astronomie à l’Université de Floride.

Les observations du groupe d’étude ont été faites à l’Observatoire international Gemini, un programme du NOIRLab de la National Research Foundation.

Rich et Monnier reconnaissent le soutien du Département d’astronomie de la National Science Foundation (NSF AST) 1830728. Le co-auteur Aarnio reconnaît le soutien de NSF AST-1311698. Le co-auteur Stefan Kraus, professeur d’astrophysique à l’Université d’Exeter et ancien chercheur au ministère des Affaires étrangères, reconnaît le soutien du European Research Council Consolidator, contrat ID 101003096.

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