Un système de six planètes en résonance

Publié par Adrien le 20/04/2020 à 09:00
Source: Université de Genève
Une équipe internationale d'astronomes, dont des chercheurs de l'Université de Genève, a découvert un système compact de six planètes autour de l'étoile HD 158259.

Observée par le spectrographe SOPHIE, situé à l'Observatoire de Haute-Provence en France, HD 158259 est 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...) de la constellation (Une constellation est un ensemble d'étoiles dont les projections sur la voûte céleste sont suffisamment proches pour qu'une civilisation les relie par des lignes...) du dragon à la limite de la détection à l'oeil nu. En analysant trois cent mesures prises au cours de ces sept dernières années, une équipe internationale, dont des chercheurs de l'Université de Genève (L'université de Genève (UNIGE) est l'université publique du canton de Genève en Suisse. Fondée en 1559 par Jean Calvin, sous le nom...) (UNIGE), a découvert que l'étoile HD 158259 est entourée de six planètes, une "super-Terre (Une super-Terre est une planète extrasolaire plus massive que la Terre, mais théoriquement moins massive qu'une géante gazeuse. Le terme de...)" et cinq "mini-Neptunes", dans une configuration orbitale exceptionnellement régulière. Ces résultats, à lire dans la revue Astronomy & Astrophysics, donnent des indices importants sur la formation de ce système planétaire (Un système planétaire (parfois appelé abusivement système stellaire) est composé de planètes et divers corps célestes inertes...) singulier.


Vue d'artiste (Est communément appelée artiste toute personne exerçant l'un des métiers ou activités suivantes :) du système à 6 planètes.
Image: Michael S. Helfenbein / Yale University

HD 158259 est observée depuis sept ans avec le spectrographe SO­PHIE. Cet instrument permet de mesurer la vitesse (On distingue :) radiale de l'étoile, c'est-à-dire sa vitesse dans la direction de l'observateur. C'est le même type de mesure qui a permis la découverte de la première 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...) autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre...) d'une étoile de type solaire, 51 Peg b, par Michel Mayor (Michel Mayor (12 janvier 1942 dans le canton de Vaud, Suisse) est un astrophysicien suisse. Membre de l'observatoire de Genève et professeur à...) et Didier Queloz en 1995. La découverte du système de HD 158259 a par ailleurs été faite avec le même télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir »), est un instrument...) que celle de 51 Peg b, mais elle n'aurait pas été possible en 1995, ni même avec les performances initiales de l'instrument SOPHIE à son installation en 2006. "C'est l'accumulation d'un très grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de mesures et l'amé­lioration considérable de l'instrument et de nos techniques d'analyse de 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.) qui ont permis de détecter ce système exceptionnel", s'enthousiasme Francois Bouchy, professeur au Département d'astro­nomie de la Faculté des sciences de l'UNIGE et coordinateur du pro­gramme d'observation (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 appropriés. Le plaisir procuré...).

La 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 hydrostatique,...) la plus proche de HD 158259 et les cinq planètes plus éloignées présentent respectivement des masses de deux et six fois celle de 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...). De plus, ce système est compact: la planète la plus éloignée de son étoile en est près de trois fois plus proche que Mercure ne l'est du 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...). Le transit de la planète la plus proche a été observé, quant à lui, par le télescope spatial (Un télescope spatial est un télescope placé au delà de l'atmosphère. Le télescope spatial présente l'avantage par rapport à son...) TESS de la NASA (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de l'aéronautique et de l'espace ») plus connue sous son abréviation NASA, est l'agence...), qui a mesuré une baisse de luminosité (La luminosité désigne la caractéristique de ce qui émet ou réfléchit la lumière.) lorsque la planète est passée devant son étoile. "Les mesures TESS permettent d'estimer le rayon de la planète et apportent des renseignements précieux sur sa structure interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en cabinet pendant une durée variable selon le "Diplôme...)", explique Nathan Hara, chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de chercheur tant les domaines de recherche sont diversifiés et impliquent...) au Département d'astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer leur origine, leur évolution, leurs propriétés physiques et chimiques. Elle ne doit pas...) de la Faculté des sciences de l'UNIGE, membre de PlanetS et premier auteur de l'étude.


Dans le système de HD 158259, toutes les planètes sont proches de la résonance selon un rapport de 3:2. Une résonance entre plusieurs planètes est comparable à plusieurs musiciens qui battent chacun un rythme distinct, mais tombent systématiquement ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble),...) au début de chaque mesure.
© UNIGE/NASA

Un système de six planètes particulièrement régulier

Déjà remarquable par la présence de six planètes, ce système est exceptionnel puisque les périodes de révolution des planètes sont toutes proches du rapport de 3:2. Cela signifie que lorsque la première planète - celle qui est le plus proche de l'étoile - complète trois orbites, la deuxième en fait environ deux, lorsque cette deuxième planète fait trois orbites, la troisième en fait environ deux, et ainsi de suite.

Cette situation (En géographie, la situation est un concept spatial permettant la localisation relative d'un espace par rapport à son environnement proche ou non. Il...) s'inscrit dans un cadre plus général qui joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les mâchoires. On appelle aussi joue le muscle qui sert principalement à ouvrir et fermer la bouche et...) un rôle clé dans l'architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) des systèmes planétaires, celui des résonances. Plusieurs planètes sont dites en résonance lorsqu'elles se retrouvent périodiquement dans la même configuration, après avoir fait un nombre d'orbites potentiellement différents. "Ceci est comparable à plusieurs musiciens qui battent chacun un rythme distinct, mais tombent systématiquement ensemble au début de chaque mesure", poursuit Nathan Hara. Des planètes peuvent aussi être proches de la résonance, c'est-à-dire qu'elles se retrouvent presque dans la même configuration de manière périodique. Dans le système de HD 158259, toutes les planètes sont proches de la résonance.

Retracer l'histoire de ce système planétaire

En quoi ce système est-il intéressant ? L'un des buts de l'étude des systèmes planétaires est de comprendre leur formation. À ce sujet, certaines questions sont encore débattues, en particulier la suivante: la formation des planètes se déroule-t-elle à proximité de leur position finale dans le système ou, au contraire, les planètes se déplacent-elles après leur formation ? Ce dernier scénario, appelé migration planétaire, semble expliquer la formation du système de HD 158259. "On connaît plusieurs systèmes planétaires compacts présentant plus de trois planètes à l'intérieur ou proches de la résonance, comme celui que nous avons découvert. Il est souvent avancé que les planètes de ces systèmes compacts et résonants se forment loin de leur étoile, avant de migrer simultanément dans sa direction. Dans ce scénario, les résonances jouent un rôle crucial", précise Stéphane Udry, professeur au Département d'astronomie de la Faculté des sciences l'UNIGE.

Dans ce système, lorsqu'une planète fait trois orbites, sa plus proche voisine extérieure en fait environ deux. "Ici, le “environ” est important et, outre l'omniprésence du rapport de période 3:2, constitue l'originalité de ce système", souligne Nathan Hara. Les planètes de HD 158259 sont proches de la résonance, mais pas exactement à l'intérieur de celle-ci. Cela laisse à penser que les planètes ont été piégées en résonance dans le passé (Le passé est d'abord un concept lié au temps : il est constitué de l'ensemble des configurations successives du monde et s'oppose au...), puis en sont sorties. "De plus, la valeur des écarts des rapports de période de deux planètes successives à 3:2 est riche en information. À travers ces valeurs d'une part, et des modèles d'effets de marées d'autre part, nous pourrons obtenir des contraintes sur la structure interne des planètes dans une étude ultérieure. En résumé, l'état actuel du système donne une fenêtre (En architecture et construction, une fenêtre est une baie, une ouverture dans un mur ou un pan incliné de toiture, avec ou sans vitres.) sur sa formation", conclut le chercheur genevois.
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