En analysant 16 années de données d’imagerie collectées par un instrument VLT désormais hors service, un étudiant de l’Université de Leiden aux Pays-Bas a fait d’importantes découvertes. Grâce à un programme de « nettoyage » des données, il a observé plus d’une vingtaine de jeunes étoiles entourées de leurs disques de poussière. Deux d’entre eux n’avaient jamais été photographiés avec un tel niveau de détail.
Les planètes naissent dans les disques de gaz et de poussière qui entourent les jeunes étoiles. Ces disques circumstellaires sont donc des objets d’étude importants pour comprendre le processus de formation des planètes. Cependant, en raison de la luminosité élevée de l’étoile, les régions internes du disque – où se forment les planètes – sont particulièrement difficiles à observer par imagerie directe.
L’approche classique consiste à utiliser un coronographe et/ou une étoile de référence, pour pouvoir soustraire la lumière intense de l’étoile cible et révéler l’émission beaucoup plus faible de son disque. Toutefois, ce n’est pas la solution idéale. Le coronographe bloque non seulement l’étoile, mais également une fraction importante de la région interne du disque.
De plus, l’étoile de référence ne correspond jamais parfaitement à la cible, donc des résidus de soustraction indésirables subsistent. L’imagerie différentielle polarimétrique (PDI) est une technique qui surmonte ces limitations.
Révéler la lumière polarisée du disque circumstellaire
Le PDI était précisément le sujet choisi par Sam de Regt, étudiant à l’Université de Leiden, pour son mémoire de maîtrise. Cette technique tire parti du fait que la lumière très intense provenant de l’étoile n’est essentiellement pas polarisée, tandis que la faible lumière réfléchie par les particules de poussière dans le disque circumstellaire est polarisée. Le PDI permet d’obtenir des images très contrastées du disque, y compris au plus près de l’étoile.
Matthew Kenworthy et Christian Ginski, respectivement professeur associé à l’Observatoire de Leiden et maître de conférences à l’Université de Galway, en Irlande, ont proposé à De Regt de réanalyser les images d’archives de l’instrument NACO. NACO est l’abréviation de NAOS-CONICA : un système d’optique adaptative, couplé à une caméra infrarouge et un spectromètre. Cet instrument équipait le Très grand télescope de l’ESO de 2003 à 2019. Sa dernière image remonte au 1euh octobre 2019 ; depuis, il n’est plus utilisé.
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Au cours de ses 16 années de service, NACO a collecté une énorme quantité de données. ” Nous avons identifié un total de 243 ensembles de données de 57 objets stellaires potentiellement jeunes », précisent De Regt et ses collaborateurs dans Astronomie et astrophysique.
Ils ont retravaillé les données via un pipeline (PIPPIN) spécialement conçu pour réduire les observations polarimétriques réalisées par l’instrument. L’objectif était de séparer la lumière dispersée polarisée de la lumière stellaire non polarisée, afin de mettre en évidence la poussière circumstellaire.
Pour ce faire, le pipeline applique différents niveaux de correction des biais instrumentaux. Il est également capable de réduire plusieurs configurations d’observation. Avant ces travaux, il n’existait pas de pipeline aussi complet pour cette tâche. Grâce à ce « nettoyage » des données, l’équipe a détecté de la lumière polarisée dans 22 des 57 cibles observées.
Deux nouvelles images détaillées de jeunes stars
Cette lumière polarisée, issue de la diffusion de poussières circumstellaires, indique la présence d’un disque. ” Les détections présentent un grande variété de sous-structures connues, y compris les anneaux, cariesspirales, ombres et flux de matière entrants ou sortants », détaillent les auteurs de l’étude. Ces différents éléments sont des sous-produits typiques de la formation des planètes.
Parmi les 22 étoiles possédant un disque circumstellaire, deux ont été photographiées avec un niveau de détail sans précédent. Il s’agit de YLW 16A et Elia 2-21, deux protoétoiles situées à quelque 360 années-lumière, dans la constellation d’Ophiuchus (Serpentaire). ” A À notre connaissance, il s’agit du premier ouvrage à publier les produits de données réduits des protoétoiles de classe I Elia 2-21 et YLW 16A. », soulignent les chercheurs.
Sam De Regt a découvert deux nouvelles images de très jeunes étoiles en nettoyant les données archivées : YLW 16A et Elia 2-21 (en bas à gauche et en bas au centre). Crédits : ESO/VLT/NACO, De Regt et al., Astronomy & Astrophysics (2024)
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À savoir, les protoétoiles de classe I ont environ 100 000 ans. Leur disque d’accrétion commence à se former dans le plan équatorial, remplaçant progressivement le nuage de gaz sphérique initial. ” Je pense que c’est super cool d’avoir deux nouvelles images de ces cocons stellaires », a déclaré De Regt dans un communiqué.
Pour Christian Ginski, le fait que De Regt ait réussi à obtenir ce résultat en quelques mois seulement est exceptionnel. ” On n’est pas souvent témoin d’une telle productivité “, a-t-il déclaré.
Données en libre accès pour de futures études
La plupart des planètes se forment dans les 10 premières unités astronomiques (UA) du disque circumstellaire (en partant du centre). Les disques protoplanétaires ont des rayons allant jusqu’à 1 000 UA. Des études comme celle-ci, basées sur les données PDI, représentent l’opportunité de capturer pleinement les conditions physiques et chimiques de ces régions de formation des planètes.
Parallèlement au pipeline PIPPIN décrit dans l’étude, l’équipe a publié une archive de produits à données réduites sur Zenodo. Zenodo est une plateforme de dépôt d’archives ouvertes en accès libre, développée et hébergée par le CERN.
Les données de De Regt et de ses collègues sont ainsi facilement accessibles à d’autres scientifiques pour des études futures. ” Cela permet à d’autres astronomes de mener des recherches avec ces données et de leur donner une nouvelle vie. C’est un bon exemple du principe de la science ouverte a déclaré Matthew Kenworthy, co-auteur de l’étude.
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Comme les observations datent des deux dernières décennies, il pourrait être utile de les combiner avec des observations modernes en lumière diffusée pour identifier les changements temporels dans les sous-structures des disques protoplanétaires. Ces changements morphologiques peuvent aider à déduire la présence d’un compagnon perturbateur, expliquent les chercheurs.
De Regt est maintenant doctorant à l’Université de Leiden. Il étudie comment la formation des exoplanètes laisse des traces dans leur atmosphère.
