Quatre chercheurs du CRAQ participent à la découverte d’une planète « survivante », en orbite autour d’une étoile naine blanche

Une équipe internationale d’astronomes utilisant le Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) de la NASA et le télescope spatial Spitzer, désormais à la ‘retraite’, a rapporté ce qui pourrait être la première planète intacte trouvée en orbite près d’une naine blanche, le résidu compact d’une étoile semblable au Soleil, dont la taille est à peine 40% plus grande que celle de la Terre.

L’objet de la taille de Jupiter, appelé WD 1856 b, est environ sept fois plus grand que la naine blanche, appelée WD 1856 + 534. Il fait le tour de ce cadavre stellaire toutes les 34 heures, soit plus de 60 fois plus vite que Mercure orbite autour de notre Soleil.

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Dans cette illustration, WD 1856 b, une planète dont la taille est probablement semblable à celle de Jupiter, tourne autour de son étoile hôte beaucoup plus petite, une naine blanche et sombre. Crédit : Goddard Space Flight Center de la NASA.

« WD 1856 b s’est en quelque sorte très proche de sa naine blanche et a réussi à rester intacte », a déclaré Andrew Vanderburg, professeur adjoint d’astronomie à l’Université du Wisconsin-Madison. « Le processus de création de la naine blanche détruit les planètes proches, et tout ce qui se rapproche plus tard est généralement déchiqueté par l’immense gravité de l’étoile. Nous avons encore de nombreuses questions sur la façon dont WD 1856 b est arrivé à son emplacement actuel sans rencontrer l’un de ces destins.

Un article sur le système, dirigé par Vanderburg et incluant plusieurs co-auteurs, dont les professeurs Patrick Dufour et Björn Benneke de l’Université de Montréal, Simon Blouin, ancien étudiant à l’Université de Montréal ainsi que Lorne Nelson, professeur à l’Université Bishop’s, tous membres du Centre de recherche en astrophysique du Québec (CRAQ), paraît dans le numéro du 17 septembre de Nature et est maintenant disponible en ligne.

TESS recense de grandes parties du ciel, appelées secteurs, pendant près d’un mois à la fois. Ce long regard permet au satellite de trouver des exoplanètes, ou des mondes au-delà de notre système solaire, en capturant les changements de luminosité stellaire provoqués lorsqu’une planète croise devant ou transite son étoile.

Le satellite a repéré WD 1856 b à environ 80 années-lumière dans la constellation du Dragon, située dans l’hémisphère nord. Elle orbite autour d’une naine blanche froide et inerte qui mesure environ 18 000 kilomètres de diamètre. Cette naine blanche est probablement âgée de 10 milliards d’années et est un membre éloigné d’un système à trois étoiles.

Lorsqu’une étoile semblable au Soleil manque de carburant, elle gonfle jusqu’à des centaines à des milliers de fois sa taille d’origine, formant une étoile géante rouge plus froide. Finalement, elle éjecte ses couches externes de gaz, perdant jusqu’à 80% de sa masse. Le noyau résiduel encore chaud devient une naine blanche. Tous les objets à proximité sont généralement engloutis et incinérés au cours de ce processus, qui dans ce système aurait inclus WD 1856 b dans son orbite actuelle. Vanderburg et ses collègues estiment que la planète doit provenir d’une région au moins 50 fois plus loin que son emplacement actuel.

« Nous savons depuis longtemps qu’après la naissance des naines blanches, de petits objets éloignés tels que des astéroïdes et des comètes peuvent migrer vers l’intérieur, près de ces étoiles. Ils sont généralement déchiquetés par la forte gravité d’une naine blanche et se transforment en disque de débris », a déclaré l’un des co-auteur, Siyi Xu, astronome à l’Observatoire Gemini Nord, à Hilo, à Hawaï. « C’est pourquoi j’étais si enthousiaste quand Andrew m’a parlé de ce système. Nous avons vu des indices selon lesquels les planètes pourraient également migrer vers l’intérieur, mais cela semble être la première fois que nous voyons une planète qui a survécu au voyage. »

L’équipe suggère plusieurs scénarios qui auraient pu pousser WD 1856 b sur un chemin elliptique autour de la naine blanche. Cette trajectoire serait devenue circulaire avec le temps, à mesure que la gravité de l’étoile déformait l’objet, créant d’énormes marées qui dissipaient son énergie orbitale.

« Le cas le plus probable concerne plusieurs autres corps de la taille de Jupiter, proches de l’orbite originale de WD 1856 b », a déclaré Juliette Becker, de Caltech (California Institute of Technology) à Pasadena. « L’influence gravitationnelle d’objets de cette taille pourrait facilement permettre l’instabilité requise pour pousser une planète vers l’intérieur. Mais à ce stade, nous avons plus d’hypothèses que d’observations. »

D’autres scénarios possibles impliquent le remorquage gravitationnel progressif des deux autres étoiles du système, les naines rouges G229-20 A et B, sur des milliards d’années et le passage rapproché d’une étoile solitaire perturbant le système. L’équipe de Vanderburg pense que ces explications et d’autres sont moins probables car elles nécessitent des conditions finement réglées pour obtenir les mêmes effets que les planètes compagnons géantes potentielles.

Il n’y a actuellement aucune preuve suggérant qu’il existe d’autres mondes dans le système, mais il est possible que des planètes supplémentaires existent et n’ont pas encore été détectées. Ils peuvent avoir des orbites qui dépassent le temps que TESS observe un secteur ou sont inclinés de telle sorte que les transits ne se produisent pas. La naine blanche est également si petite que la possibilité de capturer des transits de planètes plus éloignées dans le système est très faible.

À propos de TESS

TESS est une mission d’exploration astrophysique de la NASA dirigée et exploitée par le MIT à Cambridge, Massachusetts, et gérée par le Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland. Parmi les autres partenaires figurent Northrop Grumman, basé à Falls Church, en Virginie, le Ames Research Center de la NASA dans la Silicon Valley de Californie, le Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics à Cambridge, Massachusetts, le Lincoln Laboratory du MIT et le Space Telescope Science Institute de Baltimore. Plus d’une douzaine d’universités, instituts de recherche et observatoires du monde entier participent à la mission.

À propos du télescope spatial Spitzer

Le Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA en Californie du Sud a géré la mission Spitzer pour la Direction des missions scientifiques de l’agence à Washington. Les données scientifiques Spitzer continuent d’être analysées par la communauté scientifique via les archives de données Spitzer, situées dans les archives scientifiques infrarouges hébergées au Centre de traitement et d’analyse infrarouge (IPAC) de Caltech. Les opérations scientifiques ont été menées au Spitzer Science Center à Caltech. Les opérations de l’engin spatial étaient basées à Lockheed Martin Space à Littleton, au Colorado. Caltech gère JPL pour la NASA.

Source :

Felicia Chou
Headquarters, Washington
202-358-0257
felicia.chou@nasa.gov

Claire Andreoli
Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md.
301-286-1940
claire.andreoli@nasa.gov