Une vue d'artiste des trois exoplanètes, dont deux superterres, autour du pulsar PSR B1257+12. © Nasa

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Comment des exoplanètes peuvent-elles se former autour de pulsars ?

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Les exoplanètes ont d'abord été découvertes autour d'étoiles mortes, des pulsars. Plusieurs scénarios ont été proposés pour expliquer leur existence. Le dernier en date, inspiré des observations du pulsar Geminga, concerne l'onde de choc générée alors qu'il fonce à travers le milieu interstellaire.

  • Trois exoplanètes rocheuses ont été observées avant 1995 autour du pulsar PSR B1257+12. D'autres cas semblables sont connus autour de certaines étoiles à neutrons, au grand étonnement des astrophysiciens.
  • Ces exoplanètes sont-elles des cœurs rocheux de géantes gazeuses qui ont survécu à l'explosion d'une supernova ou se sont-elles formées par la suite ?
  • Deux astronomes viennent de proposer un scénario à l'appui de la seconde hypothèse et basé sur les observations du célèbre pulsar Geminga.

Demandez à beaucoup de passionnés d'astronomie de quand date la découverte de la première exoplanète et beaucoup, sans doute, répondront : 1995. C'est en effet le 6 octobre de cette année-là que Michel Mayor et Didier Queloz ont annoncé la découverte du premier objet dont la masse en fait sans nul doute une planète en orbite autour d'une étoile de type solaire, en l'occurrence 51 Pegasi. Il s'agissait d'un Jupiter chaud mis en évidence à l'observatoire de Haute-Provence (OHP) grâce à la méthode des vitesses radiales.

Pourtant c'est faux ! Les premières exoplanètes ont été découvertes quelques années auparavant et la première annonce officielle à leur sujet remonte au 13 août 1993 dans une circulaire de l'Union astronomique internationale (UAI). Rocheuses, elles sont en orbite autour d'un pulsar milliseconde découvert au même moment par l'astronome polonais Alexander Wolszczan, grâce au mythique radiotélescope d’Arecibo. Ce pulsar, PSR B1257+12, est à environ 2.300 années-lumière du Soleil dans la constellation de la Vierge. Il possède au moins trois exoplanètes qui ont été baptisées Draugr, Poltergeist et Phobetor. D'autres planètes ont été depuis découvertes autour de pulsars.

Ces découvertes surprennent les astrophysiciens car ces pulsars sont des étoiles à neutrons laissées par l'explosion d'une étoile au moins 8 à 10 fois plus massive que le Soleil. Les chercheurs ne comprennent donc pas très bien comment le souffle de la supernova aurait pu épargner ces exoplanètes. Toutefois, deux hypothèses ont été avancées.

Observé avec les instruments Scuba et Scuba-2 équipant le radiotélescope JCMT à la longueur d’onde de 0,45 mm, le pulsar Geminga (représenté par le cercle noir au centre) est bien visible sur cette image en fausses couleurs, ainsi que la vague d’étrave qu’il engendre dans le milieu interstellaire. L’image représente une région d’environ une année-lumière de diamètre. © Jane Greaves, JCMT, EAO

La première suppose que ce sont des exoplanètes chthoniennes, plus précisément des noyaux rocheux d'exoplanètes géantes dont les couches supérieures n'ont effectivement pas résisté à l'explosion d'une SN II.

La seconde suppose que ces exoplanètes se sont formées par accrétion à partir de la matière contenue dans le reste de la supernova, selon donc un processus similaire à celui qui est à l'origine des systèmes planétaires classiques autour d'étoiles encore sur la séquence principale.

Une vague d’étrave qui collecte de la matière pour des superterres

Deux astronomes britanniques viennent d'apporter une nouvelle pièce au débat en publiant un article dans la célèbre revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (Mnras). Jane Greaves, à Cardiff, et Wayne Holland, à Edinburgh, sont partis pour cela des observations qu'ils ont menées avec le James Clerk Maxwell Telescope (JCMT), un radiotélescope dans le domaine submillimétrique de 15 m de diamètre, situé sur le Mauna Kea à Hawaï. Elles concernaient un pulsar bien connu situé à environ 800 années-lumière du Soleil : Geminga.

Geminga fonce à environ 200 km/s dans le disque de la Voie lactée qu’il a commencé à traverser il y a 100.000 ans. Le pulsar produit une vague d’étrave et la nébuleuse qui l’entoure s’étire en forme de cône, comme le représente ce schéma. Il y a probablement un disque d’accrétion en cours de formation autour du pulsar. © Jane Greaves, University of Cardiff

Les images obtenues montraient le pulsar mais, surtout, ce qui ressemblait à une vague d’étrave très similaire à celle que doit produire l'héliosphère du Soleil fonçant à travers le milieu interstellaire dans la Voie lactée. Geminga avance de même à travers ce milieu à une vitesse supersonique, plus précisément celle du son dans ce gaz et qui n'est donc pas celle du son dans l'atmosphère terrestre, beaucoup plus dense.

Toujours est-il que selon les calculs des deux chercheurs, l'onde de choc créée injecte de la matière sous cette vague en direction de Geminga de sorte que de la matière représentant plusieurs fois la masse de la Terre sous forme de poussière devient disponible pour former des exoplanètes autour de Geminga (il ne semble pas y en avoir pour le moment en tout cas).

Toutefois, les deux astronomes sont prudents et ils pensent qu'il leur faut plus de données pour asseoir plus solidement l'hypothèse que la matière qui permet la formation d'exoplanètes autour des pulsars est celle qui est en quelque sorte collectée et injectée au plus près de l'astre compact par son mouvement dans le milieu interstellaire et les processus de mécanique des fluides qu'il provoque. Pour cela, ils ont demandé du temps d'observation avec Alma.

Esocast : comment les exoplanètes sont-elles détectées ?  Les découvertes d'exoplanètes, qui tournent autour d'autres étoiles, se multiplient. Les scientifiques de l’Eso (European southern observatory ou Observatoire européen austral) utilisent diverses techniques afin de les mettre en évidence. Les explications dans cet épisode d’Esocast.