Le nombre actuel d'exoplanètes - le nombre de planètes que les astronomes ont trouvées en orbite autour d'autres étoiles - s'élève à 312. Cela fait beaucoup de planètes. Mais cela pourrait aider si nous savions exactement où chercher. De nouvelles recherches utilisant des simulations de superordinateurs de disques poussiéreux autour d'étoiles semblables au soleil montrent que des planètes presque aussi petites que Mars peuvent créer des motifs dans la poussière que les futurs télescopes pourraient détecter. La recherche indique une nouvelle voie dans la recherche de planètes habitables. «Il faudra peut-être un certain temps avant d'imaginer directement des planètes semblables à la Terre autour d'autres étoiles, mais avant cela, nous serons en mesure de détecter les beaux anneaux ornés qu'ils taillent dans la poussière interplanétaire», explique Christopher Stark, chercheur principal de l'étude. à l'Université du Maryland, College Park.
En collaboration avec Marc Kuchner au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland, Stark a modélisé la façon dont 25 000 particules de poussière ont réagi à la présence d'une seule planète - allant de la masse de Mars à cinq fois celle de la Terre - en orbite autour d'une étoile semblable au soleil. En utilisant le supercalculateur Thunderhead de la NASA à Goddard, les scientifiques ont effectué 120 simulations différentes qui ont fait varier la taille des particules de poussière ainsi que la masse et la distance orbitale de la planète.
«Nos modèles utilisent dix fois plus de particules que les simulations précédentes. Cela nous permet d'étudier le contraste et les formes des structures annulaires », ajoute Kuchner. À partir de ces données, les chercheurs ont cartographié la densité, la luminosité et la signature thermique résultant de chaque ensemble de paramètres.
"Il n'est pas largement apprécié que les systèmes planétaires - y compris le nôtre - contiennent beaucoup de poussière", ajoute Stark. "Nous allons mettre cette poussière au travail pour nous."
Une grande partie de la poussière de notre système solaire se forme à l'intérieur de l'orbite de Jupiter, lorsque des comètes s'effondrent près du soleil et que des astéroïdes de toutes tailles entrent en collision. La poussière réfléchit la lumière du soleil et peut parfois être vue comme une lueur de ciel en forme de coin - appelée lumière zodiacale - avant le lever du soleil ou après le coucher du soleil.
Les modèles informatiques tiennent compte de la réponse de la poussière à la gravité et à d'autres forces, y compris la lumière de l'étoile. La lumière des étoiles exerce une légère traînée sur les petites particules qui leur font perdre de l'énergie orbitale et dériver plus près de l'étoile.
«Les particules s'enroulent en spirale vers l'intérieur puis se retrouvent temporairement piégées dans des résonances avec la planète», explique Kuchner. Une résonance se produit chaque fois que la période orbitale d'une particule est un rapport en petit nombre - comme les deux tiers ou cinq sixièmes - de la planète.
Par exemple, si une particule de poussière fait trois orbites autour de son étoile à chaque fois que la planète en termine une, la particule ressentira à plusieurs reprises un remorqueur gravitationnel supplémentaire au même point de son orbite. Pendant un certain temps, ce coup de pouce supplémentaire peut compenser la force de traînée de la lumière des étoiles et la poussière peut se déposer dans de subtiles structures en forme d'anneau.
«Les particules s'enroulent en spirale vers l'étoile, se retrouvent piégées dans une résonance, en tombent, s'enroulent dans une autre, se retrouvent piégées dans une autre résonance, et ainsi de suite», explique Kuchner. La prise en compte de l'interaction complexe des forces sur des dizaines de milliers de particules nécessitait la puissance mathématique d'un supercalculateur.
Certains scientifiques notent que la présence de grandes quantités de poussière pourrait constituer un obstacle à l'imagerie directe de planètes semblables à la Terre. Les futures missions spatiales - telles que le télescope spatial James Webb de la NASA, actuellement en construction et dont le lancement est prévu en 2013, et le Terrestrial Planet Finder - étudieront les étoiles proches avec des disques poussiéreux. Les modèles créés par Stark et Kuchner donnent aux astronomes un aperçu des structures de poussière qui signalent la présence de mondes autrement cachés.
"Notre catalogue aidera les autres à déduire la masse et la distance orbitale d'une planète, ainsi que les tailles de particules dominantes dans les anneaux", a déclaré Stark.
Stark et Kuchner ont publié leurs résultats dans le numéro du 10 octobre de The Astrophysical Journal. Stark a mis en ligne son atlas de simulations de poussières exo-zodiacales.
Source: Centre de vol spatial Goddard
