Cinq nouvelles exoplanètes en transit révélées par SOPHIE

Le spectrographe SOPHIE (1) instrument de haute précision de l'Observatoire de Haute-Provence (CNRS-INSU), vient de mettre en évidence l'existence de 5 nouvelles planètes extrasolaires. Leur particularité : ces 5 planètes transitent devant leur étoile... et dans certains cas, leurs caractéristiques interrogent les scientifiques.

La quête de nouveaux systèmes planétaires est florissante. A ce jour, pas moins de 277 exoplanètes ont été découvertes par différentes équipes à travers le monde. Parmi elles, on n'en comptait que 31 passant devant le disque de leur étoile à chaque cycle orbital, créant ainsi une infime diminution de leur intensité lumineuse. Ces "planètes à transit" sont plus rares, et plus difficiles à mettre en évidence (2), mais ce phénomène permet de déterminer leur taille. Puis, grâce à la méthode des vitesses radiales (léger déplacement de l'étoile dû à la présence autour de la planète), on détermine entre autre avec SOPHIE, leur masse exacte et leur densité moyenne. SOPHIE avait déjà contribué à la détection de 5 de ces planètes à transit depuis sa mise en service, mi 2006. Ces nouvelles découvertes viennent ainsi compléter cet échantillon et vont permettre de mieux comprendre les mécanismes de formation et d'évolution des systèmes planétaires.

SOPHIE a donc, depuis sa mise en service, permis de confirmer 10 exoplanètes à transit, soit plus d'un quart de l'échantillon connu. Ces découvertes sont le résultat de 2 collaborations distinctes auxquelles participent les chercheurs du Laboratoire d'Astrophysique de Marseille (CNRS-INSU, Université de Provence) et de l'Institut d'Astrophysique de Paris (CNRS-INSU, Université de Paris 6). Dans les deux cas les astronomes utilisent successivement la technique de détection par transit puis, pour vérifier la nature de l'objet en transit la technique des vitesses radiales avec SOPHIE.

Les programmes de recherche d'exoplanètes menées par ces deux équipes ont permis de détecter un grand nombre de candidats planète. L'un de ces deux programmes, le programme SuperWASP, regroupe des astronomes britanniques, français et suisses (3) et tente de détecter des transits à partir de deux télescopes au sol (l'un dans l'hémisphère sud et l'autre dans l'hémisphère nord). Le second programme observe les étoiles à la recherche de transit depuis l'espace. Il s'agit de la mission spatiale CoRoT du CNES dont le consortium de recherche regroupe de nombreux laboratoires européens.

Toutefois, une fois le transit détecté il est nécessaire de vérifier la nature planétaire des candidats, ou alors de les identifier comme des étoiles doubles ou variables. C'est là que le rôle de SOPHIE est essentiel. Ce spectrographe, qui permet des mesures de vitesses radiales des étoiles à haute-précision, a permis de confirmer la nature planétaire de 10 de ces candidats (dont 5 nouvelles, 2 associées à CoRoT et 3 plus anciennes associées, comme les 5 dernières, au programme SuperWASP).

Fait remarquable grâce à SOPHIE, il n'a fallu que deux semaines d'observation pour confirmer les 5 dernières exoplanètes parmi les candidats identifiés par le programme SuperWASP. SOPHIE a ainsi permis de mesurer leur masse, qui s'étend de quelques 0,5 à plus de 8 fois la masse de Jupiter. Ce nouvel échantillon traduit la grande diversité des planètes. La plus massive est d'ailleurs parmi les exoplanètes les plus massives connues à ce jour. Quelques unes de ces planètes sont tout aussi exotiques de par leur période orbitale. L'une d'elles par exemple, nommée WASP-12b, orbite en 1,1 jour autour de son étoile. C'est la plus courte période jamais observée. Cette planète est tellement proche de son étoile que l'on peut estimer que la température à sa surface peut atteindre jusqu'à 2 300°C.

Cette diversité remet en cause les modèles théoriques de formation et de structure interne de ces objets. En effet, « aucun modèle ne peut à ce jour expliquer la faible densité de certaines planètes. Leur large rayon n'est qu'en partie explicable par la forte irradiation reçue de l'étoile. De nouvelles questions ont donc été soulevées grâce à ces programmes de recherche », souligne Benoit Loeillet du Laboratoire d'Astrophysique de Marseille.

Plus les chercheurs pourront connaître de systèmes exoplanétaires plus ils pourront tenter d'apporter des réponses à ces questions et ainsi mieux comprendre comment se forment et évoluent les systèmes planétaires et plus particulièrement le nôtre.

Notes :

(1) SOPHIE a été financé grâce l'Institut National des Sciences de l'Univers (CNRS-INSU) et le Conseil Régional Provence-Alpes-Côte d'Azur.
(2) La probabilité de transit dépend du rayon de la planète et de sa distance à l'étoile. Ceci est un évènement rare, puisqu'il nécessite aussi l'alignement de l'étoile, de la planète et de l'observateur.
(3) Collaboration associant des membres des universités de St Andrews, Keele, Leicester, la Queen's University de Belfast, de l'Open University, de l'Institut d'Astrophysique de Paris (UMR : CNRS, Université de Paris 6; Observatoire des Sciences de l'Univers, INSU), du laboratoire d'Astrophysique de Marseille (UMR : CNRS, Université de Provence; Observatoire Astronomique Marseille-Provence, INSU) et de l'Observatoire de Genève.