Découverte de la toute première exoplanète qui sort régulièrement du plan de notre galaxie

À ce jour, les humains ont identifié plus de 4 000 exoplanètes dans notre galaxie, la Voie lactée. Et, à ce jour, toutes ces exoplanètes ont quelque chose en commun : elles sont situées dans le disque relativement plat du plan galactique, le disque mince.

Image d’entête : carte de notre Voie lactée présentant la répartition du gaz, de la poussière, des particules et des champs magnétiques. Elles sont basées sur des observations de l’observatoire spatial Planck de l’Agence spatiale européenne (plus de détails ici). (ESA/ IPAC)

Aujourd’hui, un peu plus d’un an et demi après avoir commencé à scruter le ciel à la recherche de mondes extraterrestres, le télescope spatial TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) de la NASA a identifié une nouveauté : une exoplanète gravitant autour d’une étoile qui plonge jusqu’à 5 870 années-lumière au-dessus du plan galactique.

Une représentation artistique montre comment la Voie lactée serait vue de côté, c’est-à-dire d’un point de vue complètement différent de celui de la Terre. (ESO/ NASA/ JPL-Caltech/ M. Kornmesser/ R. Hurt)

Et ce n’est pas tout. Elle fait environ 1,088 fois la taille de la Terre, ce qui signifie que c’est probablement un monde rocheux et incroyablement dense. Cette sphère de la taille de la Terre représente  jusqu’à 8,7 fois la masse de cette dernière.

Une équipe internationale d’astronomes a nommé la planète LHS 1815b, parce qu’elle tourne autour d’une étoile appelée LHS 1815, et l’a décrite dans une étude publiée fin de semaine dernière (lien plus bas).

Lorsque vous pensez à des galaxies spirales comme la Voie lactée, vous pensez probablement à un plan plat, aux étoiles et au gaz disposés en bras spiraux qui gravitent autour du centre galactique, dans lequel se trouve un trou noir supermassif.

Représentation de la Voie lactée et désignation de ses bras. (Wikimédia)

Bien que techniquement ces galaxies se trouvent dans un halo sphérique, la majeure partie de cet espace est relativement vide, la masse étant concentrée dans un disque plat. Cette forme plate est le résultat d’une physique assez complexe qui implique le refroidissement des gaz lorsqu’ils conservent leur moment angulaire. Mais certaines de ces galaxies « plates », comme la Voie lactée, sont plus complexes.

C’est dans ce disque mince, d’une épaisseur de quelques centaines d’années-lumière dans la Voie lactée, que se trouvent la plupart des étoiles et tout le gaz. Mais il y a un disque plus épais et moins peuplé d’étoiles autour de lui, intermédiaire entre le disque mince et le halo galactique. C’est ce qu’on appelle le disque épais.

(Gaba p/ Wikimedia Commons)

   

Les étoiles des disques épais ont presque toutes plus de 10 milliards d’années (des recherches récentes suggèrent qu’elles ont été apportées à la Voie lactée par une collision avec une autre galaxie), sont pauvres en métaux et riches en éléments des réactions α (réactions de fusion nucléaire par lesquelles les étoiles convertissent l’hélium en éléments chimiques plus lourds), et se déplacent plus rapidement que les disques minces. Elles ont des orbites qui passent à travers le disque mince et dans le disque épais, à la fois au-dessus et au-dessous du plan galactique.

Comme les étoiles qui ont des planètes tendent vers des métallicités plus élevées, on a pensé que celles des disque épais pouvaient entraver le processus de formation planétaire d’une certaine manière par rapport aux étoiles de disque mince. Et comme aucun disque planétaire épais n’a été trouvé, les différences de formation et d’évolution entre les étoiles des disques minces et des disques épais demeurent un mystère.

L’intégralité du plan de la Voie lactée vue de la tranche depuis l’hémisphère Sud réalisé par le projet APEX Telescope Large Area Survey of the Galaxy (ATLASGAL). (ESO)

Vous pouvez profiter d’une vue zoomable au 187 millions de pixels de l’image ci-dessus via ce lien.

Lorsque les astronomes ont repéré la signature de l’étoile LHS 1815b dans les données du TESS, le système se trouvait à seulement 97 années-lumière de la Terre, mais même là, il attirait encore l’attention. Les exoplanètes rocheuses de la taille de la Terre sont minoritaires parmi celles que nous avons détectées, mais les nouvelles exoplanètes de ce type sont très prisées, car c’est là que nous nous attendons le plus à trouver des conditions propices à la vie.

LHS 1815 est plutôt calme pour une naine rouge, mais quand même, et l’exoplanète est assez proche pour supporter des radiations extrêmement violentes, sur une orbite de seulement 3,1843 jours.

Mais lorsque l’équipe a utilisé les données de la mission Gaia pour étudier le mouvement de l’étoile, un projet en cours pour cartographier la Voie lactée, y compris la façon dont les étoiles se déplacent, en 3D, ils ont réalisé qu’ils regardaient une étoile à disque épais qui passait par là.

Représentation de la carte à grande échelle des étoiles et des galaxies environnant la Voie lactée, obtenue par le satellite Gaia lors de sa première année d’observation (juillet 2014-septembre 2015). (ESA/Gaia/DPAC)

Elle se dirige actuellement vers le dessus du plan galactique. Les calculs de l’équipe situent sa distance maximale par rapport à ce plan à environ 5 870 années-lumière, ce qui est très étonnant.

Mais la présence de l’étoile LHS 1815 dans notre voisinage représente une opportunité vraiment intéressante. Nous pouvons examiner le système en profondeur afin de déterminer si d’autres planètes peuvent être repérées en orbite autour. Il serait peut-être possible d’essayer de rechercher une atmosphère avec le télescope spatial James Webb, dont le lancement est prévu (espérons-le) dans le courant de l’année.

Et maintenant qu’une exoplanète a été trouvée en orbite autour d’une étoile à disque épais, cela donne aux astronomes quelques paramètres pour trouver d’autres planètes de ce type. Il se peut même qu’il y en ait déjà plusieurs dans les données du TESS. Si nous pouvons les trouver, elles aussi pourraient être étudiées pour savoir comment les exoplanètes évoluent dans différentes parties de la galaxie.

Selon les chercheurs dans leur étude :

L’étude TESS peut fournir un large échantillon de planètes du voisinage solaire transitant dans le ciel entier. Toutes les étoiles hôtes des planètes sont suffisamment brillantes pour que leur vitesse radiale (une des méthodes utilisées actuellement pour détecter des exoplanètes autour d’une étoile) soit mesurée par l’étude Gaia.

Ce sera une excellente occasion d’étudier la différence dans l’évolution des planètes entre les disques minces et les disques épais.

L’étude publiée dans The Astronomical Journal et en libre accès dans arXiv : LHS 1815b: The First Thick-Disk Planet Detected By TESS et présentée sur le site de l’université Tsinghua.