Les orbites mystérieuses des planètes du systèmes HD3167

Publié par Redbran le 28/10/2021 à 13:00
Source: Université de Genève
Des astronomes dirigés par l'UNIGE ont découvert des exoplanètes qui tournent dans des plans orbitaux à 90 degrés l'un de l'autre.

Les orbites perpendiculaires des planètes de HD3167: joyaux de la constellation des Poissons.
© Gilliane Devidal

Lorsque des planètes se forment, elles poursuivent généralement leur évolution orbitale dans le plan équatorial de leur étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une...). Pourtant, une équipe internationale, menée par des astronomes de l'Université de Genève (L'université de Genève (UNIGE) est l'université publique du canton de Genève en...) (UNIGE), a découvert que les exoplanètes d'une étoile de la constellation (Une constellation est un ensemble d'étoiles dont les projections sur la voûte...) des Poissons orbitent dans des plans perpendiculaires entre eux, seule la planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de...) la plus proche de l'étoile se trouvant toujours dans son plan équatorial. Pourquoi ? Cette configuration radicalement différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des...) de notre système solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le...), où les planètes orbitent proches d'un même plan, pourrait être due à l'influence d'un compagnon lointain de l'étoile qui demeure encore inconnu. Cette étude, à lire dans la revue Astronomy & Astrophysics, a été réalisée grâce à l'extrême précision atteinte par ESPRESSO et CHEOPS, deux instruments dont le développement a été mené par la Suisse.

Les théories sur l'origine des systèmes planétaires prédisent que les planètes se forment dans le plan équatorial de leur étoile et y poursuivent leur évolution, à moins que des évènements particuliers ne viennent les perturber. Rien de tel dans le système solaire, où nos planètes se trouvent proches du plan équatorial solaire. On dit dans ce cas que les planètes sont alignées avec leur étoile. Or, une étude de 2019 a montré que deux des trois planètes autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) de l'étoile HD3167 ne sont pas alignées avec elle. HD3167c et HD3167d, deux mini-Neptunes qui orbitent en 8,5 et 29,8 jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...), passent en effet au-dessus des pôles de l'étoile, à près de 90 degrés de son plan équatorial.

Synergie entre instruments

En ré-observant ce système avec des instruments plus performants, une équipe, menée par des astronomes de l'UNIGE, est parvenue à mesurer l'orientation (Au sens littéral, l'orientation désigne ou matérialise la direction de l'Orient (lever du soleil...) du plan orbital de la troisième planète, la super terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...) HD3167b, qui orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps...) en seulement 23 heures (L'heure est une unité de mesure  :). Lorsqu'une planète transite son étoile, l'orientation de son orbite peut être déterminée avec un spectrographe, qui permet de mesurer le mouvement des régions stellaires occultées par la planète et ainsi en déduire sa trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et...). Plus la planète est petite, plus ce mouvement est difficile à détecter. C'est donc avec ESPRESSO et l'un des quatre télescopes du VLT au Chili que les scientifiques ont pu déterminer l'orbite de HD3167b, qui se trouve être alignée avec l'étoile et perpendiculaire (En géométrie plane, on dit que deux droites sont perpendiculaires quand elles se coupent en...) au plan orbital de ses deux congénères. "Il nous fallait un maximum de lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) et un spectrographe très précis pour parvenir à mesurer le signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe...) d'une si petite planète", commente Vincent Bourrier, chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la...) au Département d'astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer...) de la Faculté des sciences de l'UNIGE. "Deux conditions remplies par la précision d'ESPRESSO, combinée à la puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) collectrice du VLT."

Ce résultat n'aurait pas pu être obtenu sans une connaissance précise du moment où HD3167b transite son étoile: le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) n'était connu qu'avec une précision de 20 minutes - une éternité pour un transit qui dure 97 minutes. Les astronomes se sont donc tournés vers le consortium du satellite (Satellite peut faire référence à :) CHEOPS, dont la mission principale est justement de mesurer les transits avec une très haute précision. "CHEOPS nous a permis de connaître le moment du transit avec une précision inférieure à la minute ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un...). C'est une bonne illustration de la synergie qu'il peut y avoir entre différents instruments, ici CHEOPS et ESPRESSO, et les équipes qui les exploitent", relève Christophe Lovis, chercheur au Département d'astronomie de l'UNIGE et membre des deux consortia.

Un corps céleste inconnu responsable de ce désordre

Ces nouvelles mesures semblent confirmer la prédiction faite en 2019 sur la présence d'un quatrième corps orbitant HD3167. Dans ce scénario, la proximité de HD3167b à son étoile l'a maintenue sous son influence, forçant la petite planète à tourner dans le plan dans lequel elle s'est formée. Au contraire, les deux mini-Neptunes, plus lointaines, ont pu se libérer de leur étoile, mais sont finalement tombées sous l'influence de ce quatrième corps, qui aurait progressivement désaligné leurs orbites. Le chemin est donc tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) tracé pour les scientifiques, qui partent maintenant à la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) de ce compagnon élusif.
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