C’est une première : une exoplanète dans un disque circumbinaire polaire entourant deux étoiles
Nous vivons à l'ère de la découverte d'exoplanètes. Une chose que nous avons apprise, c'est qu'il ne faut pas être surpris par les types d'exoplanètes que nous continuons à découvrir. Nous avons découvert des planètes où il pourrait pleuvoir du verre ou même du fer, des planètes qui sont les restes du noyau rocheux de géantes gazeuses dépouillées de leur atmosphère, et des planètes voyous dérivantes sans attache à aucune étoile.
Aujourd'hui, les astronomes ont découvert des preuves de l'existence d'une exoplanète dans un disque circumbinaire autour d'une étoile binaire. Ce qui est remarquable dans cette découverte, c'est que le disque est dans une configuration polaire. Cela signifie que l'exoplanète se déplace autour de son étoile binaire sur une orbite circumpolaire, et c'est la première que les scientifiques ont trouvée.
AC Herculis (AC Her) est une étoile binaire située à environ 4 200 années-lumière. L'étoile primaire est bien étudiée, tandis que sa partenaire est invisible. Il a un disque circumbinaire polaire, ce qui est inhabituel mais pas inouï. Dans un nouvel article, une équipe de chercheurs présente des preuves de l'exoplanète circumbinaire polaire.
L'article s'intitule « AC Her : Evidence of the first polar circumbinary planet » (AC Her : Preuve de la première planète circumbinaire polaire). Il est publié sur le serveur de pré-impression arXiv. L'auteur principal est Rebecca Martin du Nevada Center for Astrophysics de l'Université du Nevada, Las Vegas.
« Nous examinons la géométrie de la binaire binaire de l'étoile post-asymptotique de la branche géante (AGB) AC Her et de son disque circumbinaire. Nous montrons que les observations décrivent une orbite binaire perpendiculaire au disque », écrivent les auteurs. Le disque est proche d'un alignement polaire stable, expliquent les auteurs, et le disque a un grand rayon intérieur. « L'explication la plus probable du très grand rayon intérieur de la poussière est une planète à l'intérieur du disque circumbinaire. »
Le disque circumbinaire a l'écart révélateur qui signale la présence d'une planète.
Il y a une certaine incertitude autour de la conclusion, et une partie provient de la taille du disque et de la cavité dans laquelle les étoiles résident au centre. Dans un disque circumpolaire, il y a différentes forces avec des forces différentes à l'œuvre qui façonnent la cavité stellaire. « La taille de la cavité d'un disque de gaz circumbinaire dépend de la séparation binaire, de l'excentricité binaire et de l'inclinaison du disque par rapport à l'orbite binaire », expliquent les chercheurs.
Dans un arrangement circumpolaire, la cavité au milieu du système où résident les étoiles devrait être petite. « La taille de la cavité binaire est donc un diagnostic important pour l'inclinaison du disque par rapport à l'orbite binaire », écrivent-ils. Un disque dans une orientation polaire pourrait s'étendre jusqu'à 1,6 UA avant que la cavité stellaire ne commence. Il s'agit d'une grande cavité de poussière, et sa taille soutient l'existence d'une exoplanète.
« La configuration polaire du disque dans AC Her n'aide pas à expliquer la grande cavité de poussière, car un disque aligné polaire a une taille de cavité plus petite qu'un disque coplanaire », expliquent Martin et ses collègues. La meilleure explication reste la présence d'une planète dans le disque. Par conséquent, il s'agit de la première preuve de l'existence d'une planète circumbinaire polaire.
La formation des planètes dans un disque est la même, que le disque soit coplanaire ou circumpolaire. Mais il y a un facteur supplémentaire dans le système AC Her. L'étoile primaire est une étoile post-AGB, ce qui signifie qu'elle a déjà quitté la séquence principale et est passée par sa phase de géante rouge. Au cours de cette phase, une étoile se dilate volumineusement, déchirant les planètes voisines en lambeaux et sonnant leur perte. Cette planète pourrait donc être une exoplanète de deuxième génération, reformée à partir des débris des planètes détruites de première génération.
Le disque circumbinaire n'est pas exactement polaire. Un disque polaire est incliné de 90° par rapport au plan orbital binaire, mais celui-ci n'est décalé que de 9%. « Il s'agit du premier disque circumbinaire polaire observé autour d'une étoile post-AGB », écrivent les auteurs. Le bord interne du disque de poussière est plus éloigné qu'il ne devrait l'être, et c'est une autre indication d'une exoplanète.
Il est important de noter qu'il ne s'agit pas d'une étoile de la séquence principale et que les astronomes n'ont jamais vu de planète circumbinaire polaire autour d'étoiles non de la séquence principale. « Par conséquent, il s'agit de la première preuve observationnelle d'une planète circumbinaire polaire », soulignent les auteurs.
Cette planète se trouve dans le disque circumbinaire, et non dans l'un ou l'autre des disques circumstellaires. Le disque circumbinaire alimente en fait les disques circumstellaires à l'intérieur de la cavité stellaire, ce qui peut devenir un carburant pour la formation d'autres planètes. Mais lorsqu'un disque circumbinaire polaire alimente en matière des disques circumstellaires polaires, l'arrangement peut être instable. Finalement, le disque circumstellaire polaire pourrait devenir coplanaire.
Le système AC Her n'est pas la première étoile binaire avec un disque polaire. Le premier a été annoncé en 2019 autour de l'étoile HD 98800. (HD 98800 est en fait une étoile quadruple contenant une paire d'étoiles binaires.)
Mais en tant que premier disque circumbinaire polaire à héberger une exoplanète probable, ce système inhabituel demande à être étudié plus en profondeur. Il y a beaucoup de choses que nous ne savons pas sur la planète, mais ce n'est pas surprenant. Même la détection de l'une de ces planètes est extrêmement difficile.
La meilleure preuve que nous en ayons réside dans les caractéristiques du disque lui-même. Mais dans cette étude, l'équipe n'a identifié que la présence probable d'une planète. Nous ne savons rien de sa masse, de son rayon ou de quoi que ce soit d'autre.
De quel type de planète s'agit-il ? Sa formation dans un disque circumbinaire polaire dicte-t-elle ses caractéristiques ? Que lui réserve l'avenir ?
Les réponses à ces questions devront attendre.
Plus d'informations : Rebecca G. Martin et al, AC Her : Preuve de la première planète circumbinaire polaire, arXiv (2023). DOI : 10.48550/arxiv.2310.19600
Source : phys.org