L'image la plus détaillée à ce jour d'un disque de poussière autour d'une étoile vieillissante

A la fin de leur existence, de nombreuses étoiles s'entourent de disques stables de gaz et de poussière. Cette matière, issue de l'étoile elle-même, a été expulsée par les vents stellaires lors de la phase géante  rouge. Ces disques ressemblent à ceux qui entourent les jeunes étoiles, et à partir desquels se forment les planètes. Toutefois, les astronomes n'étaient pas encore parvenus à comparer l'un et l'autre types de disques qui se constituent au tout début et à la toute fin du cycle stellaire. En effet, si de nombreuses jeunes étoiles se situent à suffisamment grande proximité de la Terre pour que leurs disques puissent faire l'objet d'études approfondies, tel n'est pas le cas en revanche des étoiles âgées dotées de disques, trop éloignées pour pouvoir être imagées.

La situation a toutefois récemment évolué. Une équipe internationale de chercheurs menée par Michel Hillen de l’Institut d’Astronomie de Leuven en Belgique a utilisé l'énorme potentiel de l'Interféromètre du Très Grand Télescope (VLTI) de l'Observatoire de Paranal de l'ESO au Chili, équipé de l'instrument PIONIER et du détecteur RAPID, tous deux issus de développements de la recherche française.

Un système binaire âgé constitua la cible de leurs observations. Il s'agit de IRAS 08544-4431 ¹, situé à quelque 4000 années-lumière de la Terre dans la constellation australe des Voiles. Ce système est composé d'une géante rouge dont une partie du contenu matériel s'est condensé en un disque de poussière, et d'une étoile normale, moins évoluée, située à proximité.

L'incroyable netteté des images² acquises par l'Interféromètre du Grand Télescope et l'adoption d'une nouvelle technique d'imagerie capable de supprimer les étoiles centrales de l'image afin de révéler leur environnement, ont permis à l'équipe de scruter, pour la toute première fois, l'ensemble des blocs constitutifs de IRAS 08544-4431.

L'équipe a découvert que les disques qui entourent les étoiles âgées sont tout à fait semblables en réalité aux disques situés autour des étoiles jeunes, à partir desquelles se forment les planètes. La possibilité qu'une seconde génération de planètes se constitue autour de ces étoiles âgées est envisagée. Elle reste toutefois à confirmer.

"Pour l'ensemble des chercheurs impliqués, la magnifique image du disque de poussière entourant l'étoile IRAS08544-4431 couronne plusieurs années d'effort. Elle démontre enfin notre capacité à observer des objets astrophysiques complexes avec une haute résolution. Ce résultat illustre parfaitement la vitalité et l'impact de la recherche francaise sur l'instrumentation pour l'astronomie, dont la réussite est ici basée sur la collaboration étroite et quotidienne entre chercheurs, personnels techniques et partenaires industriels" conclut Jean-Baptiste Le Bouquin, astronome à l’IPAG/OSUG, responsable scientifique de l’instrument PIONIER et co-auteur de cette étude.

Ces observations n'auraient pu voir le jour sans les développements instrumentaux issus de la recherche française de ces 5 dernières années. L'instrument utilisé, PIONIER, a été conçu et réalisé en 2010 par l'Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble, IPAG (CNRS/UGA, OSUG). Il est basé sur la technologie de l'optique intégrée, provenant du domaine des télécommunications et rendue pertinente pour l'astronomie grâce à 10 ans de recherche et développement (R&D) ininterrompues.

Depuis juin 2015, PIONIER bénéficie d'une caméra infrarouge révolutionnaire nommée RAPID, fruit d'une collaboration soutenue entre des institutions académiques (IPAG-OSUG, LAM-Pythéas, CEA-LETI, ONERA) et des partenaires industriels (SOFRADIR).

Enfin, la technique innovante de reconstruction d'image a été développée entre 2011 et 2015 par un groupe de doctorants et chercheurs francais. Cette méthode, appliquée facilement aux données de PIONIER/RAPID, est la clef qui permet de produire une image riche et détaillée.

Contact scientifique :
Jean-Baptiste Le Bouquin, astronome OSUG/UGA à l’IPAG, jean-baptiste.lebouquin@univ-grenoble-alpes.fr, 04 76 63 58 93

Sources

“Imaging the dust sublimation front of a circumbinary disk”, par M. Hillen et al., à paraître, sous la forme d'une Lettre, au sein de la revue Astronomy & Astrophysics.

L'équipe est composée de M. Hillen (Institut d'Astronomie, Leuven, Belgique), J. Kluska (Université d'Exeter, Exeter, Royaume-Uni), J.-B. Le Bouquin (Université Grenoble Alpes/CNRS-INSU, Institut de Planétologie et d’Astrophysique de Grenoble, France), H. Van Winckel (Institut d'Astronomie, Leuven, Belgique), J.-P. Berger (ESO, Garching, Allemagne), D. Kamath (Institut d'Astronomie, Leuven, Belgique) et V. Bujarrabal (Observatoire Astronomique National, Alcalá de Henares, Espagne).