Vue d'artiste d'une planète flottante de la taille de Jupiter. © Nasa, JPL-Caltech.
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Cette planète de la taille de la Terre erre sans soleil dans la galaxie

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Le relevé Ogle, qui cherche des exoplanètes par la technique de microlentille gravitationnelle, vient de débusquer le plus petit objet connu non lié à une étoile : une « planète errante » de la masse de Mars !

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Quand on parle de planètes, on pense habituellement à des objets en orbite autour d'une étoile. Cependant, il existe aussi des « planètes errantes » (aussi appelées « planètes vagabondes », « objets libres de masse planétaire », etc.), c'est-à-dire des corps de la masse d'une planète mais qui flottent seuls dans une galaxie, sans tourner autour d'une étoile.

Dans une nouvelle étude publiée dans Astrophysical Journal Letters, de l'équipe de l'Optical Gravitational Lensing Experiment (Ogle), de l'université de Varsovie (Pologne), viennent d'annoncer la découverte, dans la Voie lactée, de la plus petite planète errante connue à ce jour.

Les exoplanètes sont rarement observées directement. Pour détecter ces objets, deux techniques sont principalement utilisées : les transits ou les vitesses radiales. Cependant, dans les deux cas, c'est l'étoile qui est observée, soit pour détecter une baisse de luminosité, soit pour mesurer son mouvement, donc ces techniques ne sont donc pas utilisables pour les planètes vagabondes.

Principe d'une lentille gravitationnelle. La lumière (représentée en blanc) de la source (en arrière-plan) est déviée par la gravité de la lentille (entre la source et l'observateur). © Nasa/STScI.

La technique des microlentilles gravitationnelles

Cependant, une autre technique permet de repérer ces objets : les microlentilles gravitationnelles. Ce phénomène fut prédit par la théorie de la relativité générale et correspond à la déviation de la lumière d'un objet lumineux (appelé source) par un objet massif (la lentille) situé entre la source et l'observateur.

Pour une étoile donnée, les événements de microlentille sont rares : environ un par million d'années ! Pour être efficaces, les relevés les cherchant surveillent donc des centaines de millions d'étoiles dans le centre de la Voie lactée.

La microlentille gravitationnelle ne dépend pas de la luminosité de la lentille, donc elle permet l'étude d'objets peu lumineux comme les planètes. La durée des événements de microlentille dépend de la masse de la lentille : moins la lentille est massive, plus l'événement de microlentille est court. La plupart des événements observés, qui durent généralement plusieurs jours, sont causés par des étoiles. Les événements de microlentilles attribués aux planètes errantes ont des échelles de temps d'à peine quelques heures. En mesurant la durée d'un événement de microlentille (et la forme de sa courbe de lumière), il est possible d'estimer la masse de l'objet qui fait lentille.

Exemple de courbe de lumière d'un événement de microlentille gravitationnelle, en l'occurrence Ogle-2005-BLG-006. © Jan Skowron, Ogle

La moins massive des planètes errantes

Les scientifiques ont annoncé la découverte de l'événement de microlentille Ogle-2016-BLG-1928, qui a une durée de seulement 42 minutes, la plus courte jamais mesurée. Les modèles de l'événement indiquent que la lentille devait être moins massive que la Terre, probablement un objet de la masse de Mars ! De plus, il s'agit probablement d'une planète vagabonde : « Si la lentille était en orbite autour d'une étoile, nous détecterions sa présence dans la courbe de lumière de l'événement, explique Radoslaw Poleski, un des coauteurs de l'étude. Nous pouvons exclure que la planète a une étoile à moins d'environ 8 unités astronomiques », -- l'unité astronomique est la distance entre la Terre et le Soleil.

Il y a quelques années, Ogle avait déjà montré qu'il doit exister une grande population de planètes vagabondes. Cependant, cette nouvelle détection constitue un record de petite taille pour un tel objet. Le professeur Andrzej Udalski, le chercheur principal du projet Ogle, s'en réjouit : « Notre découverte démontre que les planètes libres de faible masse peuvent être détectées et caractérisées à l'aide de télescopes au sol ».

Le télescope polonais de 1,3 mètre à l'Observatoire de Las Campanas, au Chili, utilisé par Ogle. © Krzysztof Ulaczyk, CC by-sa 2.5.

Les astronomes soupçonnent que les planètes errantes se sont formées dans le disque protoplanétaire entourant une étoile, comme les planètes « ordinaires », et qu'elles ont été éjectées de leurs systèmes planétaires parents après des interactions gravitationnelles avec d'autres corps, par exemple avec d'autres planètes du système. Les théories de formation planétaire prédisent que les planètes éjectées devraient être généralement plus petites que la Terre. Ainsi, l'étude des planètes errantes nous permet de comprendre le passé turbulent des jeunes systèmes planétaires, comme notre système solaire.

La recherche de planètes errantes est l'un des moteurs scientifiques du télescope spatial Nancy-Grace-Roman, actuellement en construction par la Nasa. L'observatoire devrait démarrer ses activités au milieu des années 2020.

En raison de la brièveté de l'événement, des observations supplémentaires recueillies par le Korea Microlensing Telescope Network (KMTNet) ont été nécessaires pour caractériser l'événement. KMTNet exploite un réseau de trois télescopes au Chili, en Australie et en Afrique du Sud.

  • Le programme Ogle cherche des exoplanètes par la technique de microlentille gravitationnelle.
  • Contrairement aux techniques plus habituelles que sont le transit et les vitesses radiales, les microlentilles permettent de détecter des planètes errantes, c'est-à-dire qui ne sont pas en orbite autour d'une étoile.
  • Dans une nouvelle étude, des astronomes polonais d'Ogle rapportent la détection de l'événement de microlentille le plus court connu et, de ce fait, la découverte de la plus petite planète errante connue.
  • Cette planète aurait une masse aussi faible que Mars.
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