Les recherches des systèmes exo-planétaires autour d’autres étoiles sont activement poursuivies par un ensemble de méthodes en astronomie. La technique la plus efficace jusqu’ici détecte de petites perturbations de vitesse radiale de l’étoile parente sous l’influence de l’attraction gravitationnelle des planètes. La grande majorité des 200 planètes extra-solaires connues aujourd’hui ont été découvertes par cette technique, et cela essentiellement autour d’étoiles de type solaire. Cependant, l’aptitude à former des planètes par les étoiles différentes du Soleil est importante à connaître pour faire un recensement complet des systèmes planétaires dans la Galaxie. C’est particulièrement important pour les étoiles de faible masse, c’est à dire moins massive que le Soleil, qui sont les plus communes dans la Galaxie, elles représentent 70% de toutes les étoiles. La formation des planètes autour de ces étoiles naines pourrait être fortement influencée par leur très faible luminosité, 1/10 à 1/10000 de la luminosité solaire. La théorie de la formation des planètes est encore à ses débuts et trop complexe pour qu’il soit encore possible de prédire pour le moment si cela est un facteur favorable ou non.

Figure 1 : Vue d’artiste d’un disque de débris, mélange de planétésimaux de glace et de roche et de poussière, entourant une naine rouge de faible luminosité (étoile de faible masse). Les instruments astronomiques n’ont pas encore la possibilité de faire une image si détaillée mais ils fournissent assez d’indices aux astronomes pour développer le concept représenté par cette image. (Credit : UCLA)

Pour répondre à cette question, l’équipe internationale d’astronomes a abordé ce problème par des observations indirectes. Ils ont conduit le premier survey d’étoiles naines pour rechercher des disques de débris qui auraient été laissés autour de ces étoiles par la formation de planètes. Cette méthode est une alternative à la technique des vitesses radiales pour ces étoiles peu brillantes. Ces débris se trouvent sous la forme de planétésimaux de roche et de glace, semblables aux comètes, au milieu de la poussière produite par leurs collisions occasionnelles. Ces débris se trouvent dans la périphérie des systèmes planétaires ; dans notre système solaire c’est la ceinture de Kuiper à 50 Unités Astronomiques du Soleil. La poussière à une telle distance de l’étoile centrale est très froide (-250 C) et peut être détectée par des radiotélescopes observant aux longueurs d’onde plus courtes qu’1 millimètre. L’équipe a employé le radiotélescope JCMT (UK/NL/CA) à Hawaii et le radiotélescope IRAM (FR/DE/ES) près de Grenade en Espagne pour conduire les observations d’un échantillon de 32 étoiles naines. L’analyse des données et de celles complémentaires de la littérature a permis de déterminer pour la première fois qu’entre 7 et 21% des étoiles naines sont entourées par des disques de débris. Une conclusion intéressante est que ce pourcentage est semblable à celui trouvé pour les étoiles de type solaire et pour les étoiles plus massives que le Soleil dont les disques de débris ont fait l’objet d’études précédentes. Bien que ce pourcentage de découverte ait besoin d’être raffiné par d’autres observations, il indique déjà qu’il y a autant de disques de débris autour des étoiles de faible masse qu’autour de étoiles de type solaire.

La principale question restante est de savoir si le taux de détection des disques de débris autour des étoiles (environ 10%) pourrait être très sous-estimé. Se pourrait-il que presque toutes les étoiles aient un disque de débris et corrélativement que la formation de planètes soient omniprésente ? Cette question peut être mieux appréciée en se souvenant que le disque de débris du Soleil, la ceinture de Kuiper, a 10000 fois moins de poussière que ce qui peut être détecté dans les disques de débris avec les radiotélescopes actuels. Si ces télescopes et quelques astronomes étaient transférés sur l’étoile la plus proche, Proxima du Centaure, leurs instruments ne seraient pas assez sensibles pour détecter la poussière de la ceinture de Kuiper et ils ne pourraient pas savoir que la formation de planètes a eu lieu autour du Soleil ! Nous sommes peut-être dans la même situation vis à vis de beaucoup d’étoiles du voisinage solaire. Référence : Search for Cold Debris Disks Around M-dwarfs J-F. Lestrade (Paris Obs), M.C. Wyatt (Cambridge Univ.), F. Bertoldi (Bonn Univ.), W.F.R. Dent (ROE, Edinburgh), K.M. Menten (MPI, Bonn), A&A, 2006, 460, 733-741

Contact Jean-Francois Lestrade (Observatoire de Paris, LERMA et CNRS )

Dernière modification le 22 février 2013

Searches for planetary systems around other stars are actively pursued by a variety of methods in astronomy. The most efficient technique so far detects tiny perturbations in the radial velocity of the parent star under the gravitationnal tug of the planets. The vast majority of the 200 extra-solar planets known today has been found by this technique around essentially solar type stars. However, the ability to form planets by stars different from the Sun is important to make a full census of planetary systems in the Galaxy. This is especially important for low-mass stars that are the most common in the Galaxy, they represent 70% of all stars. Formation of planets around low-mass stars could be strongly influenced by their very low luminosity, 1/10 to 1/10000 the solar luminosity. Theory of planet formation is still in its infancy and complex enough that it is yet impossible to predict whether or not this is a favorable factor.

Figure 1 : Vue d’artiste d’un disque de débris, mélange de planétésimaux de glace et de roche et de poussière, entourant une naine rouge de faible luminosité (étoile de faible masse). Les instruments astronomiques n’ont pas encore la possibilité de faire une image si détaillée mais ils fournissent assez d’indices aux astronomes pour développer le concept représenté par cette image. (Credit : UCLA)

To answer this question, the international team of astronomers has tackled this issue by indirect observations. They have conducted the first survey of low-mass stars to search for debris that would have been left around these stars had planet formation occured. This method is an alternative to the radial velocity technique for these faint stars. These debris are in form of rocky/icy planetesimals, similar to comets, embedded in dust produced by their occasional collisions. These debris are left over in the periphery of planetary systems ; in our solar system this is the Kuiper Belt at 50 Astronomical Units from the Sun. The dust at such distance from the central star is very cold (-250 C) and can be detected by radiotelescopes observing at wavelengths shorter than about 1 millimeter. The team has used the UK/NL/CA radiotelescope JCMT in Hawaii and the FR/DE/ES radiotelescope IRAM near Granada in Spain to conduct observations of a sample of 32 low-mass stars. Analysis of the data and complementary data from the scientific literature have allowed to determine for the first time that between 7 and 21% of the low-mass stars are surrounded by debris disks. An interesting conclusion comes from the fact that this percentage is similar to the one found for the solar type stars and for the stars more massive than the Sun already searched for debris disks in previous surveys. Although, the percentage found needs to be refined by further observations, it indicates already that debris disks are equally prevalent across all stellar types. The main unanswered question is whether the detection rate of debris disks around stars (about 10%) is significantly underestimated. Could it be that debris disks exist around most of the stars and, correlatively, that planet formation is ubiquitous ? This question can be put into perspective by recalling that the debris disk of the Sun, the Kuiper Belt, has 10000 times less dust than debris disks that can be detected with present radiotelescopes. If these telescopes and a few astronomers were transfered onto the closest star, Proxima Centauri, their instruments would not be sensitive enough to detect the dust of the Kuiper Belt and they could not know that planet formation processes have occured around the Sun ! It is likely that our position is presently similar.

Reference : Search for Cold Debris Disks Around M-dwarfs J-F. Lestrade (Paris Obs), M.C. Wyatt (Cambridge Univ.), F. Bertoldi (Bonn Univ.), W.F.R. Dent (ROE, Edinburgh), K.M. Menten (MPI, Bonn), A&A, 2006, 460, 733-741

Contact Jean-Francois Lestrade (Observatoire de Paris, LERMA et CNRS )

Dernière modification le 4 mars 2013