Depuis une décennie, les astronomes s’interrogent sur la possibilité qu’une planète se forme dans le disque poussiéreux qui entoure Elias 2-24, une jeune étoile située à environ 450 années-lumière de la Terre. Le premier indice fut une cavité dans le disque repérée par l’observatoire ALMA au Chili, suivie par la détection, par l’Observatoire européen austral, d’un faible point lumineux niché dans cette cavité.
Il y avait toutefois un problème. Selon les modèles de formation planétaire, il faut environ 5 millions d’années pour qu’une planète de la taille de Jupiter se forme à la distance de Jupiter par rapport au Soleil. Plus une planète s’éloigne de son étoile, plus sa croissance prend du temps. Or ce point lumineux se situait à environ 11 fois plus loin d’Elias 2-24 que Jupiter ne l’est du Soleil, et il agissait déjà comme une planète en formation.
Une étude publiée mercredi dans The Astrophysical Journal Letters a finalement confirmé que ce point est, en fait, une planète de la taille de Jupiter, et qu’elle renverse les modèles actuels de formation des planètes. Elias 2-24 b, tel que la planète est désormais nommée, est la plus jeune jamais découverte, âgée de moins d’un million d’années. Elle poursuit sa croissance dans un disque natal de poussière et de gaz, mais elle est beaucoup plus avancée que ce que la théorie prédit.
« Nos modèles de formation des planètes avaient déjà du mal à expliquer les détenteurs du record en matière de planète la plus jeune connue — un quatuor composé de deux planètes en orbite autour de l’étoile PDS 70 et de deux planètes autour de l’étoile WISPIT 2 — qui ont toutes plus de 5 millions d’années », a déclaré dans un communiqué le co-auteur Lucas Cieza, professeur à l’Institut d’études astrophysiques au Chili. « Elias 2-24 b nous montre que même nos meilleurs modèles de formation des planètes manquent encore certains processus importants. »
Une planète énigmatique
Cieza faisait partie d’une équipe de chercheurs dirigée par Andrea Bernardi, doctorant à l’Universidad Diego Portales au Chili, qui a analysé des observations archivées de sept étoiles — y compris Elias 2-24 — à partir du coronographe du W. M. Keck Observatory à Hawaï. Ils ont repéré le mystérieux point lumineux dans des observations collectées entre 2018 et 2020 et les ont assemblées pour étudier son mouvement au fil du temps.
Cela a révélé que le point se comportait davantage comme une planète en formation que comme un défaut d’imagerie ou qu’une étoile de fond. Les chercheurs savent qu’elle est très jeune car des études antérieures ont trouvé des preuves que son étoile hôte a moins d’un million d’années. Certaines estimations situaient Elias 2-24 à environ 400 000 ans, tandis qu’une autre suggérait qu’elle pourrait être encore plus jeune, autour de 200 000 ans. Cette étoile présente en outre un taux d’accrétion particulièrement élevé, ce qui signifie qu’elle continue de croître.
Les auteurs de cette nouvelle étude estiment donc que Elias 2-24 b est elle aussi âgée de moins d’un million d’années, mais pour évaluer sa taille, ils ont supposé un âge d’un million d’années. Ils ont déterminé que cette planète pourrait être deux à quatorze fois plus massive que Jupiter, mais comme la planète est enveloppée dans un épais nuage de gaz et de poussière et qu’elle est encore en train de croître, sa masse exacte demeure incertaine.
Pourtant, l’idée qu’une planète située si loin de son étoile hôte puisse croître aussi rapidement est très intrigante. Elias 2-24 b va désormais servir de laboratoire naturel pour les chercheurs afin d’étudier les tout premiers stades de la formation des planètes et de peaufiner leurs modèles.
« Cette planète est une gemme rare, car elle traverse actuellement une étape de son évolution pour laquelle les modèles théoriques peinent encore à prédire avec fiabilité sa masse, son entropie et, par conséquent, sa luminosité attendue », a déclaré la co-auteure Alice Zurlo, professeure à Universidad Diego Portales. « Ce système fournira donc des aperçus clés une fois que nous serons en mesure de contraindre davantage sa masse dynamique, ce qui nous aidera à affiner et à recalibrer les modèles évolutifs pour les planètes jeunes. »
La quête de nouvelles planètes en bas âge commence
Parce que les planètes naissent dans la brume de matière entourant les étoiles jeunes, il est extrêmement difficile d’étudier le stade néonatal d’une exoplanète. Le fait même que les astronomes aient découvert Elias 2-24 b est stupéfiant, et la découverte démontre la valeur de combiner les observations de plusieurs télescopes.
« On entend généralement parler des télescopes qui travaillent séparément, mais cette confirmation n’a été possible qu’en utilisant plusieurs télescopes ensemble », a déclaré Bernardi. « Elias 2-24 b est à la limite de ce que les télescopes actuels peuvent détecter, mais avec de nouveaux instruments comme le télescope spatial Nancy Grace Roman de la NASA, de telles détections devraient devenir plus faciles ».
Roman a été lancé fin août et a pris son premier « éclairage » jeudi. Il est équipé du coronographe le plus puissant jamais emporté dans l’espace. Cet instrument bloque la lumière d’un objet lumineux, comme une étoile, afin que le télescope puisse mieux distinguer un objet faible, comme une planète. Le coronographe de Roman peut détecter des planètes 100 millions de fois plus faibles que leurs étoiles, ou entre 100 et 1 000 fois plus efficaces que les coronographes spatiaux actuels.
Cela pourrait permettre aux astronomes de découvrir bien d’autres planètes infantiles comme Elias 2-24 b. « Ce n’est que le début d’une nouvelle ère de découvertes », a déclaré Cieza. « Il est extraordinaire qu’avec la technologie moderne, nous puissions réellement voir la formation des planètes en action, et Roman portera la chasse aux planètes à un niveau supérieur. »
