Une famille stellaire étrange avec quatre étoiles, toutes en train de donner naissance à une planète !

Découverte fascinante : HD 98800, un système quadruple d’étoiles situé à proximité dans la constellation du Cratère. À environ 150 années-lumière de la Terre, ce système a environ 10 millions d’années, une phase qui lui permet encore de briller grâce à une matière environnante émettant de la lumière infrarouge.

Ce système fait partie de l’association TW Hydrae, regroupant une vingtaine d’étoiles très jeunes, localisées à 160 années-lumière de notre planète. HD 98800 est constitué de quatre étoiles agencées en deux systèmes binaires étroitement reliés, qui orbitent ensemble autour d’un pair plus large.

L’un de ces binaires, dénommé HD 98800B, possède un disque de poussières, tandis que l’autre paire n’en a pas. Bien que les deux systèmes binaires soient liés gravitationnellement, ils sont séparés par environ 50 unités astronomiques, soit environ 4,65 milliards de kilomètres. “Traditionnellement, lorsque les astronomes observent des écarts dans un disque de débris, ils émettent l’hypothèse qu’une planète a dégagé le chemin”, explique la Dr. Elise Furlan, à la tête de l’étude à l’Université de Californie à Los Angeles (UCLA).

Elle ajoute : “Cependant, étant donné que la paire sans disque se trouve à 50 AU, les particules de poussière qui migrent vers l’intérieur sont probablement soumises à des forces complexes et changeantes avec le temps, si bien que la présence d’une planète reste pour l’instant une spéculation.”

Des orbites qui tirent et étirent

Chaque système binaire termine ses orbites en quelques centaines de jours. Ces trajectoires ne sont pas circulaires, elles sont “excentriques”, ce qui signifie que les étoiles se rapprochent à un moment donné et s’en éloignent à un autre. Cette nuance est significative : les distances changeantes peuvent réchauffer et agiter la poussière environnante.

Les deux binaires se déplacent autour de l’autre sur une orbite bien plus large, avec un cycle qui s’étend sur plusieurs centaines d’années. À ce jour, les astronomes n’ont observé qu’un instant de ce cycle ; la configuration décrite ici évoluera lentement à mesure que l’orbite s’avance.

Distance et luminosité de HD 98800

Les mesures de distance précises pour HD 98800 ont été obtenues grâce à un satellite mesurant de minuscules décalages de position pendant que la Terre tourne autour du Soleil. Connaissant la distance, les astronomes ont pu calculer la luminosité intrinsèque plutôt que la luminosité apparente observée depuis notre planète.

Les images ont mesuré leurs couleurs en lumière bleue, optique et proche-infrarouge. En combinant couleur et luminosité, les étoiles se sont positionnées au-dessus de la “séquence principale” sur le diagramme de Hertzsprung–Russell, indiquant qu’elles ne font plus partie de la phase de “jeune étoile”. Elles se situent plutôt sur les trajectoires pré-séquence principale, souvent désignées comme “post–T Tauri”.

Accords sur l’âge et la masse

Les équipes ont comparé la température et la luminosité de chaque étoile à des modèles évolutifs pour les jeunes étoiles. Elles ont pris en compte divers facteurs, y compris l’impact de la poussière qui peut altérer la lumière stellaire. Les résultats se sont regroupés étroitement : les quatre étoiles affichent un âge estimé entre sept et douze millions d’années. Les estimations de masse concordent avec ce constat : l’une est proche de la masse du Soleil, une autre est légèrement plus légère, tandis qu’au moins une autre pèse environ la moitié de celle-ci, valeurs compatibles avec des étoiles en contraction vers la séquence principale mais brillant intensément.

Deux ceintures dans le disque de HD 98800

Grâce au télescope spatial Spitzer de la NASA, les scientifiques ont pu observer de près le disque potentiel de formation planétaire autour de HD 98800B. Le spectromètre infrarouge de Spitzer a révélé deux ceintures de poussière. La première se trouve à environ 5,9 AU du binaire central (environ 549 millions de kilomètres) et renferme probablement des astéroïdes et des comètes, tandis que la seconde se situe à 1,5 – 2 AU (environ 139,5 – 186 millions de kilomètres), constituée de grains de poussière fins. Ensemble, elles marquent un environnement structuré où les collisions réduisent les solides et où la chaleur se dégage efficacement.

HD 98800 brille fortement dans les longueurs d’onde infrarouges, ce qui indique une présence abondante de poussière chaude. Des études antérieures ont suggéré des grains relativement grands dans un disque compact plutôt que dans un vaste nuage. Les images optiques n’ont pas clairement résolu le disque, suggérant une structure petite ou peu lumineuse sous la lumière visible. L’”excès” infrarouge est conséquent, et l’image la plus cohérente maintient le disque avec la paire B, possiblement influencée par la gravité de l’autre binaire.

Poussière sous influence

L’orbite plus large entre les deux binaires semble modifier le disque autour de HD 98800B. Les tiraillements gravitationnels peuvent remodeler les ceintures de poussière, rassemblant des particules en anneaux ou déformant le disque. Lorsque l’orbite large rapproche les binaires, le disque peut intercepter davantage de lumière stellaire, chauffant et éclaircissant à des longueurs d’onde infrarouges.

Ces interactions peuvent également engendrer des cascades de collisions qui broient des corps plus grands en grains plus fins, ce qui est en accord avec la poussière fine observée dans la ceinture intérieure. “Les planètes sont comme des aspirateurs cosmiques. Elles nettoient toute la saleté sur leur chemin autour des étoiles centrales”, déclare la Dr. Furlan.

Un disque compact avec deux ceintures distinctes indique des régions avec différents types de solides et des taux de collisions variés. La ceinture extérieure, contenant des matériaux plus grands, agit davantage comme un réservoir d’astéroïdes et de comètes, tandis que la ceinture interne, dominée par des grains fins, indique un broyage actif et un chauffage rapide près des étoiles.

Origines et voisinage

Les mouvements du système à travers l’espace renvoient à une nurserie familière. Lorsque les astronomes ont retracé la trajectoire, elle a probablement croisé l’association Scorpius-Centaurus, un vaste complexe de formation stellaire non loin de notre galaxie. Le timing de ce croisement correspond aux estimations d’âge et soutient l’idée que HD 98800 s’est formé dans ou près de cette région avant de dériver vers sa position actuelle.

Son appartenance à l’association TW Hydrae ajoute un indice supplémentaire. Les estimations d’âge s’accordent avec la jeunesse observée dans HD 98800. Cette concentration à la fois dans l’espace et dans le temps renforce l’idée d’une origine commune.

Leçons de HD 98800

Le “maison cosmique” découverte à HD 98800 offre un rare aperçu d’un système stellaire jeune et complexe, avec un disque structuré autour d’une paire. La nature commune de cette configuration est à la fois rare et “excentrique”, fournissant aux astronomes une étude de cas parfaite pour examiner le parcours des étoiles durant leurs premières années et la manière dont les systèmes multi-étoiles influencent la formation planétaire.

La présence de deux ceintures de poussière dans un système à quatre étoiles établit des contraintes utiles pour les modèles de formation planétaire dans des environnements gravitationnels complexes. Cela montre également qu’un matériau solide substantiel peut persister tant que les étoiles terminent leur contraction.

Toutes ces caractéristiques font de HD 98800 un excellent laboratoire pour étudier la durée des disques protoplanétaires, leur évolution sous l’influence de plusieurs étoiles, et comment ces conditions peuvent façonner les planètes futures.