Première découverte d'une planète géante autour d'une naine blanche

Publié par Adrien le 06/12/2019 à 08:00
Source: ESO
Grâce au Very Large Telescope de l'ESO, des chercheurs ont pour la toute première fois détecté la présence d'une planète géante à proximité d'une étoile de type naine blanche. La planète orbite à si grande proximité de la naine blanche chaude, vestige d'une étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une énorme boule de plasma comme le Soleil, qui est l'étoile la plus proche de la Terre.) semblable au Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type naine jaune,...), que son atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) s'échappe progressivement, se condensant en un disque (Le mot disque est employé, aussi bien en géométrie que dans la vie courante, pour désigner une forme ronde et régulière, à l'image d'un palet — discus en latin.) de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz tend à occuper...) en périphérie (Le mot périphérie vient du grec peripheria qui signifie circonférence. Plus généralement la périphérie désigne une limite éloignée d'un objet ou...) de l'étoile. Ce système unique évoque la probable destinée de notre propre Système Solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le Soleil et des corps célestes ou objets définis gravitant autour de lui (autrement dit, notre système...).


“Cette découverte fut complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou autocomplétion, est une fonctionnalité informatique permettant à l'utilisateur de limiter la...) fortuite” déclare Boris Gänsicke de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux États-Unis,...) de Warwick au Royaume-Uni, qui a piloté cette étude dont les résultats paraissent ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par...) dans la revue Nature. L'équipe a scruté l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels,...) de 7000 naines blanches observées dans le cadre du Sloan Digital Sky Survey, et isolé l'une d'elles, en apparence différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des nombres pour mesurer l'éventuel défaut de dualité d'une application...) des autres. L'analyse des faibles variations de lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La...) émise par l'étoile a permis à l'équipe de mettre en évidence les traces (TRACES (TRAde Control and Expert System) est un réseau vétérinaire sanitaire de certification et de notification basé sur internet sous la responsabilité de la Commission européenne dans le cadre du premier pilier de...) d'éléments chimiques en quantités jusqu'à présent inobservées au sein d'une naine blanche (Une naine blanche est un objet céleste gazeux issu de l'évolution d'une étoile de masse modérée (de 8 à 10 masses solaires au maximum) après la phase où...). “Nous pressentions que ce système présentait un caractère exceptionnel, et nous avons supposé qu'il pourrait constituer le vestige d'un système planétaire (Un système planétaire (parfois appelé abusivement système stellaire) est composé de planètes et divers corps célestes inertes...).”

Afin de mieux cerner les propriétés de cette étoile atypique baptisée WDJ0914+1914, l'équipe l'a analysée au moyen de l'instrument X-shooter installé sur le Very Large Telescope de l'ESO dans le désert (Le mot désert désigne aujourd’hui une zone stérile ou peu propice à la vie, en raison du sol impropre, ou de la faiblesse des précipitations (moins de 250 mm par...) chilien de l'Atacama. Ces observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude...) de suivi ont confirmé la présence d'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.), d'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.) et de souffre dans l'environnement de la naine blanche. L'étude détaillée du spectre acquis par X-shooter a permis à l'équipe de localiser ces éléments, non pas dans l'atmosphère stellaire (Stellaria est un genre de plantes herbacées annuelles ou vivaces, les stellaires, de la famille des Caryophyllaceae. Il comprend près de 90 espèces réparties à travers le monde.), mais au sein d'un disque de gaz tourbillonnant autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent...) de la naine blanche.

“Quelques semaines de réflexion furent nécessaires pour aboutir à la seule conclusion plausible: la création de ce disque doit résulter de l'évaporation (L'évaporation est un passage progressif de l'état liquide à l'état gazeux. Elle est différente de l'ébullition qui est une transition rapide. C'est un changement d'état appelé...) d'une planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour que sa gravité la maintienne en équilibre...) géante”, avance Matthias Schreiber de l'Université de Valparaiso au Chili, auteur des simulations numériques de l'évolution passée et à venir de ce système.

Les quantités d'hydrogène, d'oxygène et de souffre détectées sont semblables à celles caractérisant les couches atmosphériques profondes des planètes glacées et géantes telles Neptune et Uranus. Dans l'éventualité où une telle planète orbiterait à proximité directe d'une naine blanche chaude, l'intense rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) ultraviolet (Le rayonnement ultraviolet (UV) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde intermédiaire entre celle de la lumière visible et celle des rayons X.) en provenance de l'étoile expulserait ses enveloppes externes et une partie du gaz éjecté se concentrerait en un disque tourbillonnant autour de la naine blanche. Telle est ce que pensent avoir détecté les scientifiques autour de WDJ0914+1914: La première planète s'évaporant au cours de son orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.) autour d'une naine blanche.

En combinant les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) d'observations aux modèles théoriques, l'équipe d'astronomes du Royaume-Uni, du Chili et d'Allemagne fut en mesure de dresser le portrait le plus fidèle possible de ce système unique. La naine blanche est caractérisée par de faibles dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son...) et une température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante,...) de surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et...) élevée, avoisinant les 28 000 °C, ce qui représente cinq fois la température de notre Soleil. Par opposition, la planète apparaît glacée et géante (Une étoile géante est une étoile de classe de luminosité II ou III. Dans le diagramme de Hertzsprung-Russell, les géantes forment deux...) - au moins deux fois plus étendue que l'étoile. Parce qu'elle est en orbite autour de la naine blanche chaude à faible distance, effectuant une révolution complète en 10 jours seulement, les photons (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées électriquement interagissent, cette interaction se...) hautement énergétiques émis par l'étoile expulsent progressivement l'atmosphère planétaire (Un planétaire désigne un ensemble mécanique mobile, figurant le système solaire (le Soleil et ses planètes) en tout ou partie. Généralement les astres représentés sont animés...). La plupart du gaz s'échappe, le reste se retrouve piégé au sein d'un disque tourbillonnant vers l'étoile à la vitesse (On distingue :) de 3000 tonnes par seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps. La seconde...). C'est précisément la présence de ce disque qui révèle l'existence de cette planète de type Neptune.

“C'est la toute première fois que nous sommes en mesure de déterminer les quantités de gaz tels l'oxygène et le souffre présents dans le disque, ce qui nous renseigne sur la composition des atmosphères exoplanétaires” précise Odette Toloza de l'Université de Warwick, qui a développé un modèle simulant le disque de gaz environnant la naine blanche.

“Cette découverte permet en outre d'affiner notre compréhension de la destinée finale des systèmes planétaires”, ajoute Boris Gänsicke.

Les étoiles semblables à notre Soleil consument l'hydrogène composant leurs noyaux durant la majeure partie de leur existence. Lorsque ce carburant (Un carburant est un combustible qui alimente un moteur thermique. Celui-ci transforme l'énergie chimique du carburant en énergie mécanique.) vient à manquer, elles se transforment en géantes rouges: leurs volumes augmentant considérablement, elles engloutissent les planètes les plus proches. Dans le cas du Système Solaire, Mercure, Vénus et la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des quatre planètes...) se verront absorber par le Soleil devenu géante rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) d'ici 5 milliards d'années. Puis, les étoiles de type Soleil perdent leurs enveloppes externes. Subsiste alors leur seul noyau consumé, une naine blanche. Ces vestiges stellaires peuvent être environnés de planètes. Nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de ces systèmes stellaires sont supposés exister dans notre galaxie (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de matière noire et contenant parfois un trou noir supermassif en son centre.). Toutefois, les scientifiques n'avaient pas encore découvert les preuves de la survie d'une planète géante en périphérie d'une naine blanche. La détection d'une exoplanète (Une exoplanète, ou planète extrasolaire, est une planète orbitant autour d'une étoile autre que le Soleil. La plupart des exoplanètes découvertes à ce jour orbitent autour d'étoiles situées...) en orbite autour de WDJ0914+1914, à quelque 1500 années lumière dans la constellation (Une constellation est un ensemble d'étoiles dont les projections sur la voûte céleste sont suffisamment proches pour qu'une civilisation...) du Cancer (Le cancer est une maladie caractérisée par une prolifération cellulaire anormalement importante au sein d'un tissu normal de...), pourrait bien constituer la première d'une longue série de découvertes de ce type de système.

Aux dires des chercheurs, l'exoplanète découverte au moyen de l'instrument X-shooter de l'ESO orbite la naine blanche à quelque 10 millions de kilomètres (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international. Il est défini comme la distance parcourue par la lumière dans le vide en 1/299 792 458 seconde.) seulement, ce qui représente quinze rayons solaires, et correspond aux enveloppes internes profondes de la géante rouge. L'actuelle position occupée par cette planète suggère que cette dernière migra en direction de l'étoile après qu'elle se fut transformée en naine blanche. Cette nouvelle orbite pourrait résulter d'interactions gravitationnelles avec d'autres planètes du même système, ce qui laisse entrevoir la possibilité que d'autres planètes aient survécu aux phases évolutives de leur étoile hôte.

“Récemment encore, une minorité d'astronomes se préoccupaient du sort des planètes situées en périphérie d'étoiles en fin de vie (La vie est le nom donné :). Cette découverte d'une planète orbitant à grande proximité d'un noyau stellaire consumé renforce l'idée que l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) challenge constamment les idées établies qui constellent notre esprit”, conclut Boris Gänsicke.
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