Découverte du système planétaire le plus « peuplé »

Jusqu’à sept planètes en orbite autour d’une étoile semblable au Soleil.

Des astronomes, en utilisant l’instrument leader mondial HARPS de l’ESO, ont découvert un système planétaire contenant au moins cinq planètes en orbite autour de l’étoile HD 10180, une étoile semblable au Soleil. Les chercheurs ont également des indices très prometteurs indiquant que deux autres planètes doivent être présentes, dont l’une serait la planète la moins massive découverte jusqu’à présent. Si tel est le cas, ce système serait semblable à notre Système Solaire en termes de nombre de planètes (sept planètes comparées aux huit planètes du Système Solaire). De plus, l’équipe a également trouvé des preuves que les distances séparant les planètes de leur étoile suivent un schéma régulier, comme on peut également le voir dans notre Système Solaire.

« Nous avons trouvé ce qui est très probablement le système avec le plus de planètes découvert jusqu’à présent » déclare Christophe Lovis, le premier auteur de l’article présentant ce résultat. « Cette remarquable découverte met également en évidence le fait que nous entrons maintenant dans une nouvelle ère de la recherche des exoplanètes : l’étude de systèmes planétaires complexes et plus seulement celle de planètes individuelles. L’étude des mouvements planétaires de ce nouveau système révèle des interactions gravitationnelles complexes entre les planètes et nous donne des indications sur l’évolution de ce système sur le long terme. »

Cette équipe d’astronomes a utilisé le spectrographe HARPS installé sur le télescope de 3,6 mètres de l’ESO à La Silla au Chili pour étudier pendant six ans l’étoile semblable au Soleil, HD 10180, située à 127 années-lumière de la Terre dans la constellation australe de l’Hydre mâle (le Serpent de Mer). L’instrument HARPS, dont la stabilité des mesures et la grande précision sont inégalées, est le meilleur chasseur de planètes au monde.

Grâce aux 190 mesures individuelles d’HARPS, ces astronomes ont détecté un infime mouvement d’avant en arrière de l’étoile dû à l’attraction gravitationnelle complexe de cinq planètes ou plus. Les cinq signaux les plus forts correspondent à des planètes de masse semblable à Neptune – entre 13 et 25 masses terrestres [1] – en orbite autour de l’étoile avec des périodes allant de 6 à 600 jours. Les distances qui séparent ces planètes de leur étoile vont de 0,06 à 1,4 fois la distance Terre-Soleil.

« Nous avons également de bonnes raisons de penser que deux autres planètes sont présentes, » précise Christophe Lovis.

L’une des deux devrait être une planète de type Saturne (avec une masse minimum de 65 masses terrestres) tournant autour de l’étoile en 2200 jours. L’autre devrait être la planète la moins massive jamais découverte avec une masse d’environ 1,4 fois celle de la Terre. Elle est très proche de son étoile, à seulement 2 % de la distance Terre-Soleil. Une année sur cette planète durerait seulement 1,8 jour terrestre.

« Cet objet provoque un vacillement de son étoile de seulement 3 km/heure – plus lent que la vitesse d’une personne qui marche – et ce mouvement est très difficile à mesurer, » précise Damien Ségransan, un membre de l’équipe. S’il était confirmé, cet objet serait un autre exemple de planète rocheuse chaude, similaire à Corot-7b.

Ce tout nouveau système planétaire découvert autour de HD 10180 est unique pour plusieurs raisons. Premièrement, avec au moins cinq planètes de type Neptune réparties sur une distance correspondant à l’orbite de mars, La région interne de ce système est plus peuplée que celle de notre Système Solaire et on y trouve beaucoup plus de planètes massives [2]. De plus, ce système n’a probablement pas de planète géante gazeuse de type Jupiter. Et de plus, toutes les planètes semblent avoir une orbite pratiquement circulaire.

Jusqu’à présent, les astronomes connaissaient quinze systèmes avec au moins trois planètes. Le dernier détenteur du record était 55 Cancri qui contenait cinq planètes dont deux étaient des planètes géantes. « Les systèmes de planètes de faible masse comme celles autour de HD 10180 se révèlent être assez courants, mais l’histoire de leur formation reste un puzzle, » dit Christophe Lovis.

En utilisant cette nouvelle découverte ainsi que des données d’autres systèmes planétaires, les astronomes ont trouvé un équivalent à la loi de Titius-Bode qui existe dans notre Système Solaire : la distance qui sépare les planètes de leur étoile semble suivre un schéma régulier [3]. « Ceci pourrait être une signature du processus de formation de ces systèmes planétaires, » précise Michel Mayor, qui fait également partie de cette équipe.

En étudiant ces systèmes, ces astronomes ont découvert un autre résultat important : il y a une relation entre la masse d'un système planétaire et la masse et le contenu chimique de son étoile. Tous les systèmes planétaires très massifs ont été trouvés autour d’étoiles massives et riches en métaux alors que les quatre systèmes ayant les masses les plus petites ont été trouvés autour d’étoiles de plus faible masse et pauvres en métaux [4]. De telles propriétés confirment les modèles théoriques en vigueur.

Cette découverte est annoncée dans le cadre du colloque international Detection and dynamics of transiting exoplanets à l’Observatoire de Haute Provence en France.

Notes:

[1] En utilisant la méthode des vitesses radiales, les astronomes peuvent seulement estimer la masse minimum d’une planète car la masse estimée dépend également de l’inclinaison du plan orbital par rapport à la ligne d’observation qui est inconnue. D’un point de vue statistique, cette masse minimum est cependant souvent proche de la masse réelle de la planète.

[2] En moyenne, les planètes situées dans la partie interne du système HD 10180 ont 20 fois la masse de la Terre, alors que les planètes situées dans notre Système Solaire interne (Mercure, Vénus, la Terre et Mars) ont une masse moyenne d’une demi-fois celle de la Terre.

[3] La loi de Titius-Bode indique que les distances séparant les planètes du Soleil suivent un modèle simple. Pour les planètes extérieures, la place de chaque planète est prédite à environ deux fois la distance qui sépare le Soleil de l’objet précédent. Cette hypothèse avait prédit correctement les orbites de Cérès et d’Uranus, mais n’a pas permis de prédire l’orbite de Neptune.

[4] Selon la définition utilisée en astronomie, les “métaux” sont tous les éléments autres que l’hydrogène et l’hélium. Ces métaux, à l’exception de quelques éléments chimiques légers mineurs, ont tous été créés par les diverses générations d’étoiles. Les planètes rocheuses sont faites de « métaux ».

Plus d'informations

Cette recherche a été présentée dans un article soumis à la revue Astronomy and Astrophysics (“The HARPS search for southern extra-solar planets. XXVII. Up to seven planets orbiting HD 10180: probing the architecture of low-mass planetary systems” by C. Lovis et al.).

L’équipe est composée de C. Lovis, D. Ségransan, M. Mayor, S. Udry, F. Pepe, et D. Queloz (Observatoire de Genève, Université de Genève, Suisse), W. Benz (Universität Bern, Suisse), F. Bouchy (Institut d’Astrophysique de Paris, France), C. Mordasini (Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg, Allemagne), N. C. Santos (Universidade do Porto, Portugal), J. Laskar (Observatoire de Paris, France), A. Correia (Universidade de Aveiro, Portugal), J.-L. Bertaux (Université Versailles Saint-Quentin, France) et G. Lo Curto (ESO).