Les disques protoplanétaires

Le premier satellite d'observation dans l'infrarouge, IRAS, fut à l'origine de l'une des découvertes fondamentales dans le domaine de la formation de systèmes planétaires. Ses observations révélèrent que certaines étoiles présentent ce que l'on appelle un excès infrarouge, c'est à dire un niveau d'émission dans ce domaine beaucoup plus grand que ce que l'étoile elle-même laisse prévoir. On connaît maintenant une centaine d'étoiles de ce type, parmi lesquelles Véga, mais l'exemple le plus connu se nomme Béta Pictoris.

La source de l'excès infrarouge peut se comprendre en considérant notre propre système solaire. En effet, ce dernier contient en plus des planètes une myriade de petits corps dont la taille varie de plusieurs kilomètres pour les astéroïdes à quelques milliardièmes de mètres pour les grains de poussière. Ces petits corps, illuminés par le Soleil dans le domaine visible et l'ultraviolet, diffusent une partie de la lumière - c'est la lumière zodiacale - mais absorbent le reste. L'énergie ainsi accumulée est ensuite réémise par ces corps dans le domaine infrarouge. C'est un phénomène similaire à une plus grande échelle qui explique les observations d'IRAS : l'excès infrarouge n'est pas dû aux étoiles elles-même mais à des disques de poussières qui les entourent.

Cette hypothèse fut confirmée en 1984 lorsque des images de Béta Pictoris révélèrent un disque de matière autour de l'étoile, d'un diamètre supérieur à 1000 unités astronomiques, soit 1000 fois la distance Soleil-Terre. Depuis, d'autres disques de poussière ont été directement confirmés, mais Béta Pictoris reste le plus bel exemple, son disque étant très brillant et sa taille apparente relativement grande - plus de 60 secondes d'arc. 

Une image du disque circumstellaire autour de l'étoile Béta Pictoris prise dans l'infrarouge en 1997 avec le système d'optique adaptative Adonis de l'ESO et un coronographe

D'autres observations dans les années 1990 ont mis en lumière une autre caractéristique importante du disque de Béta Pictoris. La zone centrale, jusqu'à environ 25 unités astronomiques de l'étoile, soit une taille similaire à celle du système solaire, est quasiment dépourvue de poussières. L'hypothèse retenue pour expliquer ce phénomène est la présence d'une ou de plusieurs planètes. En effet, la théorie montre qu'une planète doit, sous l'effet de sa gravité, nettoyer la zone dans laquelle elle se déplace, soit en déviant les petites particules vers les régions externes, soit en provoquant leur chute vers l'étoile. Cette observation d'une zone à faible densité est donc un argument de poids en faveur de l'existence de planètes autour de Béta Pictoris. 

La nébuleuse d'Orion

Une fois l'existence de disques établie, la question se posa de leur abondance. La réponse fut apportée lors d'observations de la nébuleuse d'Orion par le télescope spatial Hubble. En se tournant vers cette nébuleuse, le télescope découvrit des disques de poussière autour de plus de la moitié des étoiles de la région. Les images à haute résolution montrèrent des objets de forme clairement aplatie et non pas arrondie, ce qui prouvait qu'il s'agissait bien de disques.

La nébuleuse d'Orion, l'une des merveilles du ciel, est bien connue pour être une pouponnière d'étoiles très jeunes, âgées d'environ un million d'années. Les astres les plus massifs y ont déjà atteint leur phase stable et ce sont eux qui illuminent la nébuleuse. Mais la majorité des étoiles n'ont pas encore atteint cette phase et sont donc encore en contraction. Les disques de poussière n'ont quant à eux pas encore commencé à former de planètes. La situation est donc différente de celle de Béta Pictoris pour laquelle la formation de planètes a déjà eu lieu.