Tatooine : la présence d’une planète en orbite autour de deux étoiles confirmée par les oscillations d’une d’entre elles
Tous les systèmes planétaires ne se ressemblent pas. Dans la grande et vaste galaxie, un certain nombre de configurations différentes ont été repérées, dont certaines sont très différentes de notre propre système. Il s’agit notamment de planètes extrasolaires, ou exoplanètes, qui orbitent non pas autour d’une, mais de deux étoiles, comme le monde fictif de Tatooine dans la Guerre des étoiles.
Image d’entête : une illustration du télescope de 193 cm de l’Observatoire de Haute-Provence qui a été utilisé pour cette recherche. (Amanda Smith/ Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)
Pour la première fois, des astronomes ont pu détecter l’infime attraction gravitationnelle que ce type d’exoplanète exerce sur l’une de ses étoiles, offrant ainsi un nouvel outil pour sonder et explorer ces mondes étranges.
L’exoplanète elle-même n’est pas une nouvelle découverte. Elle s’appelle Kepler-16b, elle est située à 245 années-lumière et sa découverte a été annoncée en 2011.
Elle a été considérée comme la première détection confirmée et sans ambiguïté d’une exoplanète tournant autour de deux étoiles dans ce que nous appelons une orbite circumbinaire. En tant que telle, les astronomes l’ont beaucoup observée et on en sait déjà pas mal sur elle.
Représentation de l’exoplanète Kepler-16b face à ses deux étoiles. (NASA/JPL-Caltech/R. Hurt)
En astronomie, l’utilisation d’une cible bien caractérisée et bien étudiée est un bon moyen de savoir si les techniques fonctionnent.
Dans le cas présent, une équipe dirigée par l’astronome Amaury Triaud, de l’université de Birmingham, au Royaume-Uni, a voulu voir si elle pouvait détecter le système planétaire grâce à l’oscillation de l’une de ses étoiles, une technique connue sous le nom de vitesse radiale.
Selon l’astronome Alexandre Santerne de l’Université de Marseille en France :
Kepler-16b a été découvert pour la première fois il y a 10 ans par le satellite Kepler de la NASA en utilisant la méthode du transit. Ce système fut la découverte la plus inattendue faite par Kepler. Nous avons choisi de faire tourner notre télescope et de récupérer Kepler-16 pour démontrer la validité de nos méthodes de vitesse radiale.
Lorsque les chercheurs recherchent des exoplanètes, il existe un certain nombre de méthodes différentes, mais deux d’entre elles sont les plus populaires. La méthode la plus prolifique, et de loin, est ce que nous appelons la méthode des transits. Un télescope spatial fixe une partie du ciel, à la recherche de creux très légers et réguliers dans la lumière des étoiles qui indiquent qu’une exoplanète passe entre une étoile et nous.
Le transit, une méthode de détection des planètes lorsqu’elles passent devant leur étoile, en diminuant la luminosité de cette dernière. (NASA)
Comme mentionné précédemment, la deuxième méthode la plus fructueuse est celle de la vitesse radiale, qui repose sur la complexité gravitationnelle d’un système planétaire. Les étoiles, en effet, ne sont pas des objets fixes et stationnaires, autour desquels tournent des exoplanètes. Chaque planète exerce sa propre influence gravitationnelle sur l’étoile, ce qui fait que cette dernière oscille un peu, un peu comme un lanceur de disque. Le Soleil fait de même, influencé principalement par Jupiter.
Représentation de la méthode des vitesses radiales. Lorsque la planète est en orbite, son attraction gravitationnelle fait bouger l’étoile mère d’avant en arrière. Ce minuscule mouvement radial modifie le spectre observé de l’étoile d’une quantité proportionnellement faible en raison du décalage Doppler. (ESO)
Ce mouvement modifie la lumière observée de l’étoile (décalage Doppler). Lorsqu’elle s’éloigne, les longueurs d’onde s’étirent et augmentent légèrement vers l’extrémité rouge du spectre (décalage vers le rouge) et lorsqu’elle se rapproche, les longueurs d’onde se compriment et se déplacent vers l’extrémité bleue du spectre (décalage vers le bleu). Les astronomes peuvent utiliser ces changements pour détecter la présence d’une exoplanète en orbite.
Auparavant, cette méthode n’avait été appliquée qu’aux étoiles simples. Les étoiles binaires sont plus complexes : comme elles orbitent l’une autour de l’autre, elles ont des mouvements beaucoup plus importants dans l’espace, ce qui rend plus difficile la détection de l’attraction gravitationnelle beaucoup plus faible de toute exoplanète en orbite.
Pour éviter les problèmes liés à la tentative de distinguer les spectres de deux étoiles brillantes, l’équipe a ciblé un système composé d’une étoile brillante et d’une étoile beaucoup moins brillante. Et ça a marché. Le télescope de 1,93 mètre de l’Observatoire de Haute-Provence, en France, a détecté le signal de la vitesse radiale de la plus brillante des deux étoiles.
Cette découverte peut être riche d’enseignements. D’une part, les mesures de vitesse radiale montrent à quel rythme une étoile se déplace, ce qui peut donner aux astronomes des mesures précises de l’une des propriétés clés d’une exoplanète : sa masse.
Les mesures effectuées par l’équipe ont montré que la masse de Kepler-16b représente environ un tiers de celle de Jupiter, ce qui correspond aux précédentes estimations.
Cette information pourrait aider à comprendre comment se forment les mondes circumbinaires, ce qui est difficile à expliquer avec les modèles actuels de formation des planètes. Autour d’une seule étoile, un disque de poussière et de gaz appelé disque protoplanétaire, vestige de la formation de l’étoile elle-même, est censé se regrouper en amas qui forment les planètes.
Selon Triaud :
En utilisant cette explication standard, il est difficile de comprendre comment des planètes circumbinaires peuvent exister. C’est parce que la présence de deux étoiles interfère avec le disque protoplanétaire, ce qui empêche la poussière de s’agglomérer en planètes, un processus appelé accrétion.
La planète peut s’être formée loin des deux étoiles, où leur influence est plus faible, puis s’être déplacée vers l’intérieur dans un processus appelé migration induite par le disque ou, alternativement, nous pourrions constater que nous devons revoir notre compréhension du processus d’accrétion planétaire.
Des informations plus détaillées sur les types d’exoplanètes en orbite circumbinaire (ou même circumtrinaire) pourraient aider les astronomes à résoudre ce problème. L’équipe espère que ses travaux ouvriront la voie à de futures détections, voire découvertes, de mondes circumbinaires.
L’étude publiée dans The Monthly Notices of the Royal Astronomical Society : BEBOP III. Observations and an independent mass measurement of Kepler-16 (AB) b – the first circumbinary planet detected with radial velocities et présentée sur le site de l’Université de Birmingham : ‘Tatooine-like’ exoplanet spotted by ground-based telescope.