Un tiers des étoiles semblables au Soleil naissent avec des disques inclinés ✛
Une toupie inclinée sur une table, autour de laquelle tourne une galette de poussière. Voilà à quoi ressemble un jeune système stellaire où l'axe de rotation de l'étoile et le plan du disque protoplanétaire ne coïncident pas. Jusqu'à récemment, les astronomes ignoraient à quelle fréquence une telle configuration se rencontre dans la nature. Désormais, la réponse est là : environ une étoile semblable au Soleil sur trois naît avec un disque incliné.
Un groupe de chercheurs a étudié 49 étoiles isolées de type T Tauri, de jeunes variables de type solaire âgées de 1 à 3 millions d'années. Pour chaque système, ils ont comparé l'inclinaison de l'axe de rotation de l'étoile (l'obliquité, c'est-à-dire l'angle entre l'axe de rotation et le plan orbital) avec l'inclinaison de la partie externe de son disque protoplanétaire, observée dans le domaine millimétrique par le radiotélescope ALMA. L'inclinaison de l'étoile a été déterminée à partir des données photométriques des télescopes spatiaux TESS et K2 : en connaissant la période de rotation, la projection de la vitesse de rotation et le rayon, on peut calculer l'angle sous lequel nous voyons l'étoile. L'angle minimal de désalignement Δi entre l'étoile et le disque s'est avéré être en moyenne de 17°, mais la distribution est large, allant de 0° à 60°.
Le résultat clé : selon le critère de significativité, 16 des 49 systèmes (33±7%) sont classés comme inclinés. Cela signifie que les obliquités primordiales ne sont pas rares, mais un phénomène courant dans les pouponnières d'étoiles. De plus, aucune corrélation n'a été trouvée entre l'inclinaison et la masse, la température, la période de rotation ou l'inclinaison du disque : le désalignement se produit indépendamment de ces paramètres. La distribution des angles ressemble qualitativement à celle des inclinaisons orbitales des Jupiter chauds et tièdes autour d'étoiles matures, ce qui suggère une origine commune.
Cette découverte change notre vision de la formation des systèmes planétaires. Auparavant, les inclinaisons orbitales des exoplanètes étaient expliquées par des interactions gravitationnelles tardives, comme la migration des planètes géantes ou l'influence d'étoiles compagnons. Désormais, il est clair qu'une partie des obliquités peut être héritée des conditions initiales, lorsque l'étoile et le disque sont encore en formation. Même l'inclinaison modérée du Soleil (~6°) par rapport au plan des orbites planétaires n'est peut-être pas la conséquence d'une dynamique chaotique, mais une mémoire de la naissance du Système solaire.
La perspective de ce travail est la comparaison directe des obliquités primordiales avec les inclinaisons orbitales des planètes à longue période qui seront découvertes par les nouveaux catalogues de Gaia. Si les distributions coïncident, l'hypothèse d'une origine primordiale des obliquités recevra une confirmation solide. En attendant, nous voyons pour la première fois que la toupie et la galette de poussière naissent souvent déjà inclinées, et c'est la norme, non l'exception.
Le Soleil, à l'âge de 5 millions d'années, selon les modèles d'évolution, avait une température effective d'environ 3800 K et une classe spectrale d'environ K9, nettement plus froide qu'aujourd'hui. Son inclinaison actuelle par rapport au plan des planètes (~6°) est tout à fait typique des jeunes étoiles de l'échantillon.
Dans la série « The Expanse » et le roman de James S.A. Corey, les inclinaisons des orbites des astéroïdes et des stations jouent un rôle dans l'intrigue, mais elles y sont causées par des manœuvres artificielles. Ici, il s'agit de la naissance naturelle d'inclinaisons avant même la formation des planètes, un processus que la science-fiction ignore généralement.