Régions internes des systèmes stellaires jeunes – IRYSS

Avec plus de 5300 exoplanètes détectées à ce jour, la formation des planètes est clairement un processus efficace. La population d’exoplanètes connues présente une grande diversité, tant dans la nature que dans l’architecture des systèmes : alors que les planètes géantes peuvent être à de grandes séparations de leur étoile hôte, la majorité des systèmes exoplanétaires révélés par Kepler sont des planètes de faible masse, de type super-Terres ou mini-Neptunes, situées à proximité de leur étoile hôte. Pour comprendre l’origine de cette diversité, nous devons explorer là où naissent les planètes - les disques protoplanétaires (PPD) - et étudier leur structure et leur évolution. Si des progrès considérables ont récemment été réalisés dans l’étude des disques à grande échelle (quelques dizaines d’unités astronomiques, ua), les régions les plus internes (< quelques ua) sont mal connues.
Le projet IRYSS (Innermost Regions of Young Stellar Systems) vise à décrypter les processus en jeu dans ces régions. Pour la première fois, nous fournirons une vue statistique des parties internes d’un large échantillon de PPD, mettant ainsi en lumière la principale pièce manquante dans notre compréhension de la formation des planètes. Le projet s’appuie sur la synergie unique entre les approches observationnelles des partenaires (IPAG et IRAP) sur les infrastructures de recherche nationales ESO/VLTI (instruments interférométriques PIONIER et GRAVITY, largement développés à l’IPAG) et CFHT (spectropolarimètres ESPaDOnS et SPIRou, tous deux développés à l’IRAP), combinées à des modèles physiques avancés du bord interne du disque et des flots d’accrétion sur l’étoile centrale.
Avec ces instrumentations de classe mondiale, au cœur des orientations de cet appel ANR, nous mènerons une étude multi-longueurs d’onde, multi-techniques et multi-échelles des régions du disque interne pour quelques dizaines de systèmes stellaires jeunes. Nous explorerons les conditions initiales et environnementales qui prévalent au moment de la formation des planètes selon trois axes intrinsèquement interconnectés: 1) les structures morphologiques (asymétrie, vortex, zone morte) et physiques (température, densité) des échelles les plus internes, en résolvant spatialement à une échelle sub-ua l’émission continue dans l’infrarouge par interférométrie; 2) la région d’interaction magnétique étoile-disque (quelques rayons stellaires), au bord extérieur duquel les planètes en migration pourraient s’accumuler, avec des observations spectropolarimétriques et l’imagerie Zeeman-Doppler pour dériver la topologie et l’intensité du champ magnétique; 3) les échelles de temps dynamiques des processus physiques de quelques jours à quelques mois, en suivant la variabilité de la topologie magnétique et des caractéristiques du disque à petite échelle.
L’analyse combinée de ces jeux de données placera les experts français de tout premier plan dans une position unique pour fournir aux communautés stellaires et exoplanétaires des bases de données de cartes magnétiques, de profils de raies, de positions de bord intérieur et de sous-structures de disques, clés pour relier les propriétés magnétiques des jeunes étoiles à la structure de leur disque interne et pour étudier leur évolution sur des périodes allant jusqu’à 10 ans pour certains objets emblématiques. Cet héritage permettra un panorama détaillé des régions les plus internes des systèmes stellaires naissants et de leurs disques où se forment des planètes proches.
Notre équipe a accès à toutes les observations de Grands Programmes et de Temps Garanti de l’ESO et du CFHT nécessaires au projet IRYSS. Elle a développé lors de précédents projets financés par l’ERC des outils d’analyse et de modélisation de pointe pour leur interprétation. Nous sommes donc à même aujourd’hui de rassembler toute l’expertise pour réaliser des avancées majeures dans ce domaine concurrentiel, en nous appuyant sur les moyens appropriés fournis par cet appel ANR spécifique.