Une collision comme il s'en produit fréquemment dans les systèmes planétaires en formation, quand les poussières ont commencé à s'agréger en planètes. Le système Bêta Pictoris en est à ce stade. © Nasa, JPL, Caltech, T. Pyle (SSC), domaine public

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PicSat, un satellite pour observer l’exoplanète Bêta Pictoris b

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PicSat, minuscule satellite français, vient d'être lancé cette nuit. Il n'a qu'une seule cible : la jeune étoile Bêta Pictoris avec l'exoplanète repérée il y a plusieurs années au sein d'un système planétaire en formation. Sylvestre Lacour, le responsable de la mission, nous explique l'originalité de la démarche et le retour scientifique attendu sur la compréhension de la jeunesse des grandes planètes.

Cette nuit, un lanceur indien PSLV a placé en orbite 31 satellites dont le français PicSat (contraction des mots Bêta Pictoris et satellite). Ce très petit satellite, un Cubesat à trois unités, a été conçu pour étudier en continu l'étoile Bêta Pictoris, grâce à un télescope de seulement cinq centimètres de diamètre.

Cette étoile est connue pour avoir une planète (Bêta Pictoris b) qui tourne autour à une distance semblable à celle de Saturne au Soleil. PicSat a donc pour principal objectif de détecter le passage de cette planète géante devant Bêta Pictoris et d'observer ce transit tant qu'il est dans le champ de vision du satellite.

Vue de la Terre, cette planète pourrait passer devant son étoile d'ici l'été 2018. Mais un transit de la planète ne durera que quelques heures. Réussir à observer ce phénomène dont on ne connaît pas le moment exact impose une surveillance continue. Cela n'est possible que depuis l'espace, notamment pour échapper au cycle jour-nuit et au passage des nuages. Ces observations seront aussi facilitées par la proximité de Bêta Pictoris, qui n'est qu'à 63,4 années-lumière, et par le fait qu'elle est très brillante.

L'espoir d'un transit devant Bêta Pictoris

Le transit de la planète se reproduit tous les 18 ans, provoquant une brève baisse du flux lumineux apparent de l'étoile. Grâce à différents paramètres mesurables (la diminution de la luminosité, le temps de transit...), il est possible d'en déduire certaines caractéristiques de l'exoplanète, comme sa taille, sa masse, sa distance à son étoile, l'inclinaison de son orbite ou encore sa composition chimique et celle de son atmosphère.

Mieux comprendre le système planétaire de Bêta Pictoris, c'est aussi mieux comprendre la formation des systèmes planétaires en général et des planètes géantes. Les astronomes supposent en effet que l'exoplanète Bêta Pictoris b pourrait s'être formée de la même manière que les planètes géantes de notre Système solaire.

L’intérieur de PicSat et le satellite en fin d'assemblage. Il est au format CubeSat et constitué de trois unités. Chacune mesure 10 x 10 x 10 cm et est dédiée à une fonction précise. PicSat pèse seulement 3,5 kg et sa consommation électrique, d'environ 5 W, équivaut à celle d'une ampoule économique. © Observatoire de Paris

Sylvestre Lacour, responsable de la mission PicSat, répond à nos questions

Pourquoi Bêta Pictoris et pas un autre système planétaire ?

Sylvestre Lacour : Parce qu'il s'agit d'une étoile très jeune et que nous souhaitons comprendre la formation des planètes dans leurs très jeunes âges. Bêta Pictoris est âgée de seulement 23 millions d'années, à comparer aux 4,5 milliards d'années du Soleil. Elle nous intéresse car elle est aussi entourée d'un grand disque de poussières, de gaz et de débris rocheux à l'intérieur duquel se trouve la planète Bêtas Pictoris b qui en est donc à ses premiers stades d'évolution. La preuve en est qu'elle se trouve toujours au milieu du disque de poussière, trace de la formation (et destruction) de planètes.

Qu'attendez-vous de PicSat ?

Sylvestre Lacour : La mission PicSat a été spécifiquement conçue pour observer le transit de cette planète qui pourrait passer devant son étoile d'ici l'été 2018. Pour cela, PicSat utilisera un photomètre, son seul instrument, dont le but est d'observer la courbe de la lumière de l'étoile. Il sera sur une orbite polaire à 505 kilomètres d'altitude.

Vous ne connaissez donc pas la date de ce transit ?

Sylvestre Lacour : Effectivement, on ne sait pas quand ce transit aura lieu. Et c'est un vrai souci. L'orbite de la planète est très mal connue, avec une incertitude de plusieurs mois ! C'est d'ailleurs une des raisons d'aller dans l'espace ; pour assurer une surveillance continue de l'étoile.

Est-il prévu de coordonner les observations de PicSat avec des télescopes terrestres ?

Sylvestre Lacour : Oui. Dès qu'il observera le début du transit de la planète ou tout autre phénomène, le télescope de 3,6 mètres de diamètre de l'ESO, à La Silla au Chili, pointera vers l'étoile pour observer le phénomène à l'aide de l'instrument Harps. Associées à celles de PicSat, ses données permettront d'affiner les mesures. 

Pourquoi observer ce transit depuis l'espace plutôt qu'avec les grands télescopes terrestres ?

Sylvestre Lacour : De l'espace, les observations sont possibles 24 h sur 24. De plus, l'absence d'atmosphère rend la mesure photométrique plus précise : on n'a pas l'effet de scintillation.

Ce montage visualise les déplacements de Bêta Pictoris b autour de son étoile en six ans. © A.-M. Lagrange, D. Ehrenreich (LAOG), Eso

Quelles sont les principales mesures attendues ?

Sylvestre Lacour : Nous souhaitons mesurer le rayon de la planète et déterminer sa densité. Cela permettra de discriminer différents modèles de formation planétaire et cela nous renseignera sur la formation de cette planète. Éventuellement, on va aussi chercher à connaître son environnement, savoir si elle a des anneaux, et étudier la façon dont elle interagit avec le disque autour de l'étoile. 

Quels sont les objectifs secondaires de la mission ? 

Sylvestre Lacour : Il faut garder à l'esprit que l'on n'est même pas sûr que la planète va transiter... Donc, oui, nous avons aussi d'autres objectifs en tête. Nous souhaitons notamment observer les exocomètes présentes dans le disque autour de l'étoile. La particularité de ce disque est de se trouver le long de la ligne de visée du satellite. On peut voir à travers ce disque et on espère repérer les comètes qui sont des résidus de la formation des planètes et qui tombent sur l'étoile. Jusqu'à aujourd'hui, ces exocomètes sont observées par spectroscopie. Avec PicSat, on veut les observer par transit de façon à réaliser des statistiques sur leur taille et leur densité.

Le satellite a-t-il été difficile à construire ?

Sylvestre Lacour : La principale difficulté a été de miniaturiser la partie optique et de s'affranchir du baffle pour tenir dans les trois cubes de 10 centimètres de côté. La principale innovation est l'utilisation d'une fibre optique monomode. On l'utilise comme un filtre visant à éliminer la lumière parasite. Le tout a été conçu et construit en trois ans seulement par des chercheurs et ingénieurs de l'Observatoire de Paris et du CNRS, avec le soutien de l'université PSL, du Cnes, de l'Union européenne (ERC) et de la fondation Merac.

Pour en savoir plus

On a retrouvé l'exoplanète Bêta Pictoris b

Article de Jean-Baptiste Feldmann publié le 10/07/2010

Six ans après avoir soupçonné la détection d'une exoplanète aux abords de la très jeune Bêta Pictoris (12 millions d'années seulement), les astronomes viennent de la retrouver de l'autre côté de l'étoile.

La petite constellation australe du Peintre abrite un astre qui passionne les astronomes depuis bientôt trois décennies. C'est la deuxième étoile la plus brillante de la constellation, Bêta Pictoris, un soleil âgé de seulement 12 millions d'années. Située à soixante années-lumière, Bêta Pictoris est entourée d'un disque de débris de poussières d'où s'échappent des comètes qui tombent sur l'étoile ; à l'intérieur du disque de poussière, on a même trouvé une zone vide d'une taille équivalente au Système solaire. Pour Anne-Marie Lagrange, directrice de recherche au CNRS, « ces informations étaient indirectes mais constituaient des signes très révélateurs, suggérant la très probable présence d'une planète massive ».

En 2003 l'équipe franco-américaine dirigée par A.-M. Lagrange utilise le système d'optique adaptative Naco installé sur le Very Large Telescope de l'Eso au Chili pour observer les alentours de Bêta Pictoris. Un astre faible est repéré mais il faut s'assurer qu'il ne s'agit pas d'une étoile lointaine ni d'un artefact. Une nouvelle étude est donc conduite en 2008. Elle révèle que l'astre faible a disparu, ce qui du coup élimine l'hypothèse d'une source stellaire en arrière-plan.

Vision d'artiste de Bêta Pictoris b, la jeune exoplanète découverte dans la constellation du Peintre. Crédit Eso

Six ans pour réapparaître

En 2009 l'équipe d'Anne-Marie Lagrange refait des observations au VLT et découvre que l'astre repéré six ans plus tôt est visible de l'autre côté de l'étoile ! C'est donc bien la preuve qu'il s'agit d'une exoplanète. Son passage devant ou derrière l'étoile explique sa disparition depuis 2003. Les astronomes se réjouissent des perspectives qu'offre cette confirmation. Avec Bêta Pictoris b, les chercheurs ont maintenant la preuve que des exoplanètes peuvent se former autour de jeunes étoiles en seulement quelques millions d'années.

L'équipe conduite par Anne-Marie Lagrange a déjà commencé à dresser la carte d'identité de la jeune exoplanète : c'est une géante gazeuse dont la masse est équivalente à 9 fois celle de Jupiter. Elle orbite autour de son étoile à une distance de 8 à 15 unités astronomiques, l'équivalent de l'orbite de Saturne autour du Soleil. Le doctorant Mickael Bonnefoy résume bien les enjeux de cette découverte : « La courte période de la planète nous permettra d'enregistrer son orbite complète d'ici probablement 15 à 20 ans et les futures études de Bêta Pictoris b fourniront des éléments très importants sur la physico-chimie de l'atmosphère d'une jeune exoplanète géante ».

  • Le satellite PicSat vient d'être mis en orbite.
  • Ce CubeSat a été construit rapidement pour surveiller l'étoile Bêta Pictoris et repérer un transit d'une exoplanète déjà connue.
  • Ce système planétaire en formation est proche et facile à observer.