Découverte d’une exoplanète deux fois moins massive que Vénus
Dans une percée majeure pour la recherche de planètes semblables à la Terre en dehors du système solaire, des astronomes ont utilisé le Very Large Telescope (VLT) pour repérer des exoplanètes auparavant « cachées » en orbite autour de l’étoile L 98-59, située à environ 35 années-lumière de la Terre.
Image d’entête : cette représentation artistique représente L 98-59b, l’une des planètes du système L 98-59, situé à 35 années-lumière. Le système contient quatre planètes rocheuses confirmées, une cinquième potentielle, la plus éloignée de l’étoile, n’étant pas confirmée. (ESO/ M. Kornmesser)
Parmi ces exoplanètes, qui ressemblent aux mondes intérieurs de notre système planétaire, se trouve la plus petite exoplanète jamais découverte par les astronomes à l’aide d’une méthode de détection connue sous le nom de méthode des vitesses radiales. L’exoplanète la plus intérieure, qui a été désignée L 98-59b, a la moitié de la masse de Vénus.
Ce n’est cependant pas la seule découverte importante dans le système planétaire. L’équipe a également trouvé des signes d’un monde dominé par des océans et même la possibilité d’une planète terrestre comme la Terre dans la zone habitable de l’étoile.
Les chercheurs ont également mesuré la masse et le rayon des trois planètes intérieures avec une extrême précision et déduit leur structure interne et leur composition.
La recherche représente une percée majeure pour la méthode des vitesses radiales, qui est déjà un outil important pour les chasseurs d’exoplanètes. Cette technique mesure le mouvement de l’étoile provoqué par la présence des planètes. Dans les systèmes planétaires, tous les corps (l’étoile et les planètes) se déplacent autour du centre de masse, le point central gravitationnel du système. Les variations de la vitesse de l’étoile sont déterminées par la méthode de la vitesse radiale.
Comme l’explique Olivier Demangeon, chercheur à l’Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço de l’Université de Porto, au Portugal, un certain nombre de facteurs rendent le système planétaire L 98-59 si particulier :
À seulement 35 années-lumière, il est relativement proche de la Terre, son étoile centrale est brillante, il abrite au moins quatre planètes, et il pourrait en accueillir une dans la zone habitable. D’autres systèmes présentent également quelques-unes de ces propriétés, mais c’est la combinaison de toutes ces propriétés qui rend ce système unique.
Cette infographie compare le système de l’exoplanète L 98-59 (en haut) avec une partie du système solaire interne (Mercure, Vénus et la Terre), mettant en évidence les similitudes entre les deux. (ESO/L. Calçada/M. Kornmesser/ O. Demangeon)
Les astronomes avaient déjà étudié le système à l’aide du satellite TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) et, grâce aux baisses de lumière des étoiles causées par le passage des exoplanètes sur la face des étoiles, ils avaient trouvé trois planètes (méthode du transit). Le fait que le système contienne au moins quatre planètes a quelque peu surpris les astronomes, qui avaient initialement entrepris d’étudier le système pour mesurer la masse de L 98-59b.
Toujours selon Demangeon :
Cette quatrième planète ne transite pas par son étoile mère, nous ne pouvons la définir que grâce à l’attraction gravitationnelle qu’elle produit sur son étoile mère. Si cette planète était seule, nous n’aurions qu’une estimation basse de sa masse. Cependant comme elle a des frères et sœurs qui transitent autour de leur étoile mère, nous pouvons faire des hypothèses raisonnables et parvenir à une connaissance précise de sa masse et de son orbite. Ce qui reste inconnu, c’est son rayon.
Non seulement la quatrième exoplanète autour de L 98-59b n’avait pas été découverte auparavant, mais l’équipe soupçonne fortement la présence d’une cinquième planète dans le système.
Ce n’est pas seulement le nombre de planètes dans le système que l’équipe a pu déterminer. Même si elle n’est pas encore en mesure d’évaluer le rayon de la quatrième planète, elle a également fait des progrès impressionnants dans la détermination de la taille et de la composition de certains des mondes précédemment découverts.
Nous avons pu mesurer précisément la masse et le rayon des trois planètes intérieures et nous savons que ces trois planètes sont terrestres, ce qui signifie qu’elles sont principalement composées de matériaux rocheux, de fer et de silicates, mais que leur contenu en eau est sensiblement différent.
Les chercheurs sont clairs, ces nouvelles connaissances sur le système planétaire L 98-59 n’auraient pas été disponibles avec l’impressionnante puissance d’observation de l’instrument ESPRESSO (Echelle Spectrograph for Rocky Exoplanet- and Stable Spectroscopic Observations) un spectrographe échelle de troisième génération du Very Large Telescope (VLT) et ce dernier.
Le Very Large Telescope (VLT) à l’Observatoire du Cerro Paranal dans le désert d’Atacama au nord du Chili. (ESO)
L’observation d’une planète aussi petite que L 98-59b par la méthode des vitesses radiales est un formidable exploit qui n’a été possible qu’en utilisant le VLT et l’instrument ESPRESSO, un exploit qui devrait consolider sa position comme l’un des outils les plus impressionnants de l’astronomie.
Selon María Rosa Zapatero Osorio, astronome au Centre d’astrobiologie de Madrid, en Espagne, et présidente du groupe de travail « Caractérisation atmosphérique » de l’équipe scientifique ESPRESSO du Centro de Astrobiología (CSIC-INTA) :
ESPRESSO est, à ce jour, l’un des meilleurs instruments pour trouver des planètes. Il a été conçu dans cet objectif et il est stabilisé mécaniquement et thermiquement. Cela signifie qu’il fournit des vitesses radiales d’une qualité sans précédent pour des étoiles brillantes comme L 98-59.
Zapatero Osorio ajoute que la raison pour laquelle ESPRESSO est si bien adapté aux mesures de vitesse radiale est qu’il peut voir l’activité stellaire de manière si détaillée qu’elle n’obscurcit plus le signal présenté par les petits mondes. C’est pourquoi il a pu repérer une exoplanète dont la masse équivaut à la moitié de celle de Vénus. Repérer un monde aussi petit pourrait améliorer considérablement notre compréhension de la formation des systèmes planétaires.
Toujours selon Selon María Rosa Zapatero Osorio :
L’une des principales questions ouvertes en physique aujourd’hui est de savoir comment les étoiles et les planètes se forment à partir de la protonébuleuse planétaire, la dynamique planétaire au sein des systèmes, et leur évolution. Déterminer les masses des plus petites planètes avec un meilleur rapport signal/bruit est nécessaire pour comprendre comment le système planétaire s’est formé et a évolué et pour trouver la bonne place pour chaque planète dans le diagramme masse-radius planétaire.
Malheureusement, l’équipe est actuellement incapable de procéder à un examen approfondi de l’atmosphère des exoplanètes, même avec la puissante combinaison VLT et ESPRESSO. Il y a un espoir que cela puisse changer avec le lancement du télescope spatial James Webb (JWST).
L’étape suivante pour les chercheur consiste à tenter de détecter et d’étudier l’atmosphère des trois planètes en transit. En particulier, la planète D qui, avec sa forte teneur en eau, est une candidate idéale.
L’étude publiée dans la revue Astronomy & Astrophysics : A warm terrestrial planet with half the mass of Venus transiting a nearby star et présentée sur le site de l’Observatoire européen austral (ESO) : New ESO observations show rocky exoplanet has just half the mass of Venus.