Cet étonnant système de six exoplanètes questionne les astronomes

Publié par Redbran le 26/01/2021 à 13:00
Source: ESO
Grâce à une combinaison de télescopes dont le Very Large Telescope de l'Observatoire Européen Austral (le VLT de l'ESO), des astronomes ont découvert un système composé de six exoplanètes, cinq d'entre elles participant à un véritable ballet cosmique autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) de leur étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une...) centrale. Les chercheurs pensent que ce système pourrait offrir de nouvelles clés de compréhension de la formation et de l'évolution des planètes - y compris celles du Système Solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le...).


Vue d'artiste (Est communément appelée artiste toute personne exerçant l'un des métiers ou activités...) du système planétaire (Un système planétaire (parfois appelé abusivement système stellaire) est...) TOI-178 - Crédit: ESO/L. Calçada/spaceengine.org

La première fois que l'équipe a observé TOI-178, une étoile située à quelque 200 années lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...) dans la constellation (Une constellation est un ensemble d'étoiles dont les projections sur la voûte...) du Sculpteur, il leur a semblé apercevoir deux planètes décrivant la même orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps...) autour de cette étoile. Un examen approfondi a révélé l'existence d'un système bien différent en réalité: "Des observations plus poussées nous ont permis de comprendre que le système n'était pas constitué de deux planètes orbitant à distance semblable de leur étoile, mais de plusieurs planètes situées dans une configuration bien particulière" précise Adrien Leleu de l'Université de Genève (L'université de Genève (UNIGE) est l'université publique du canton de Genève en...) et de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) de Bern en Suisse, auteur principal de la nouvelle étude du système publiée ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...) dans la revue Astronomy & Astrophysics.

La nouvelle étude a révélé que le système se compose en réalité de six exoplanètes et que cinq d'entre elles - toutes à l'exception de celle située à très grande proximité de l'étoile centrale - décrivent un ballet cosmique lorsqu'elles se déplacent sur leurs orbites respectives. En d'autres termes, elles sont en résonance (La résonance est un phénomène selon lequel certains systèmes physiques...). Cela signifie que des configurations planétaires particulières se reproduisent à intervalles de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) réguliers, certaines planètes s'alignant à quelques orbites de distance. Une semblable résonance caractérise les orbites de trois des lunes de Jupiter: Io, Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un...) et Ganymède. Io, la plus proche de Jupiter, complète quatre orbites autour de Jupiter lorsque Ganymède en achève une, la plus éloignée, et deux orbites alors qu'Europe en décrit une seule.


Localisation du système planétaire TOI-178 dans la constellation du sculpteur.
Ce graphique montre l'emplacement du système planétaire TOI-178 dans la constellation du Sculpteur. La carte comprend la plupart des étoiles visibles à l'œil nu dans de bonnes conditions, et l'emplacement du système est indiqué par un cercle (Un cercle est une courbe plane fermée constituée des points situés à égale...) rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait...).
Crédit: ESO, IAU et Sky & Telescope

Les cinq exoplanètes extérieures du système TOI-178 suivent une chaîne (Le mot chaîne peut avoir plusieurs significations :) de résonance bien plus complexe, l'une des plus longues découvertes à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...) au sein d'un système planétaire. Trois des lunes de Jupiter suivent le schéma 4:2:1, tandis que les cinq planètes extérieures du système TOI-178 décrivent la chaîne 18:9:6:4:3 - la seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui...) planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de...) extérieure (ou première de la chaîne de résonance) complète 18 orbites pendant que la troisième planète extérieure (ou seconde de la chaîne) en décrit 9, et ainsi de suite. A l'origine, les scientifiques ne connaissaient l'existence que de cinq des six planètes du système. Mais en suivant le rythme de cette résonance, ils ont déterminé par le calcul la position qu'occuperait la sixième planète lors de leur prochaine fenêtre (En architecture et construction, une fenêtre est une baie, une ouverture dans un mur ou un pan...) d'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...).

Bien plus qu'une simple curiosité orbitale, cette danse opérée par des planètes en résonance fournit de précieux indices concernant l'histoire du système. "Les orbites de ce système planétaire sont parfaitement ordonnées, ce qui suggère que ce système a lentement et doucement évolué depuis sa naissance", explique Yann Alibert de l'Université de Bern, co-auteur de l'étude. Si ce système avait subi la moindre perturbation majeure par le passé (Le passé est d'abord un concept lié au temps : il est constitué de l'ensemble...), un impact géant en l'occurrence, cette fragile configuration orbitale n'aurait pas survécu.

Dissonance au sein du ballet planétaire

Bien que les orbites planétaires soient clairement distribuées et ordonnées, les planètes "présentent des densités assez aléatoires" précise Nathan Hara de l'Université de Genève en Suisse, qui a également pris part à l'étude. "Il apparaît en effet qu'une planète aussi dense que la Terre se situe non loin d'une planète cotonneuse caractérisée par une densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la...) inférieure de moitié à celle de Neptune, suivie d'une planète de même densité que Neptune. Ce n'est pas ce à quoi nous sommes habitués". Dans notre Système Solaire par exemple, les planètes sont correctement disposées, les rocheuses, de densités plus élevées, se trouvant à plus grande proximité de l'étoile centrale et les gazeuses, de moindres densités, à plus grande distance.

"Le contraste entre l'harmonie rythmique du ballet orbital et la dissonance des densités planétaires questionne notre compréhension de la formation et de l'évolution des systèmes planétaires" conclut Adrien Leleu.

Animation d'artiste des orbites et des résonances du TOI-178
Crédit:ESO / L. Calçada

Combinaison de techniques

Pour étudier la configuration inhabituelle de ce système, l'équipe a utilisé des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) du satellite (Satellite peut faire référence à :) CHEOPS de l'Agence Spatiale Européenne (L’Agence spatiale européenne (ASE) (en anglais European Space Agency : ESA) est...), de l'instrument sol ESPRESSO installé sur le VLT de l'ESO, du NGTS et de SPECULOOS opérant tous deux depuis l'Observatoire de Paranal de l'ESO au Chili. Les exoplanètes étant des objets extrêmement difficiles à détecter directement au moyen de télescopes, les astronomes doivent utiliser d'autres techniques. Parmi les méthodes les plus couramment utilisées figurent celle des transits qui consiste à observer la lumière émise par l'étoile centrale - en particulier la diminution de son intensité lorsqu'une exoplanète (Une exoplanète, ou planète extrasolaire, est une planète orbitant autour d'une...) traverse (Une traverse est un élément fondamental de la voie ferrée. C'est une pièce posée en travers de...) la ligne de visée, et celle des vitesses radiales qui repose sur l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) du spectre de la lumière émise par l'étoile - notamment les oscillations que produisent les déplacements des exoplanètes le long de leurs orbites. L'équipe a utilisé l'une et l'autre méthodes d'observation du système: CHEOPS, NGTS et SPECULOOS pour les transits, ESPRESSO pour les vitesses radiales.

La combinaison de ces deux techniques a permis aux astronomes de recueillir des informations essentielles concernant le système et les planètes qui le composent. Il apparaît ainsi qu'elles décrivent des orbites situées à plus grande proximité de leur étoile centrale que l'orbite terrestre (Une orbite terrestre est une orbite située autour de la Terre. La Lune, le seul satellite...) à des vitesses supérieures à celle de notre Terre autour du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile...). Ainsi, la planète la plus rapide (la plus proche également de son étoile) complète une orbite en quelques jours seulement, tandis que la plus lente (La Lente est une rivière de la Toscane.) (la plus lointaine également) requiert dix fois plus de temps. Les six planètes sont caractérisées par des dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce...) comprises entre un et trois diamètres terrestres, leurs masses s'échelonnent entre 1,5 et 30 masses terrestres. Certaines d'entre elles sont rocheuses mais de dimensions supérieures à celles de la Terre - ce sont des super-Terres. D'autres sont gazeuses, à l'image des planètes externes de notre Système Solaire, mais de dimensions nettement inférieures - ce sont des mini-Neptunes.

Bien qu'aucune des six exoplanètes découvertes ne se situe dans la zone habitable (En astronomie, une zone habitable (ZH) est une région de l'espace où les conditions sont...) de l'étoile, les chercheurs imaginent qu'en suivant la chaîne de résonance, ils pourraient détecter d'autres planètes potentiellement situées à l'intérieur ou en périphérie (Le mot périphérie vient du grec peripheria qui signifie circonférence. Plus...) de cette région. L'Extremely Large Telescope de l'ESO (ELT), qui devrait être opérationnel avant la fin de cette décennie (Une décennie est égale à dix ans. Le terme dérive des mots latins de decem « dix »...), sera en mesure d'imager directement les exoplanètes rocheuses situées dans la zone habitable d'une étoile et de caractériser leurs atmosphères, ce qui permettra de mieux connaître des systèmes tel TOI-178.

Animation d'artiste des orbites et des résonnances orbitales au sein du système TOI-178
Crédit:ESO

Vue d'artiste animée du système de six exoplanètes
Crédit: ESO
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