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Première image d’un système planétaire extrasolaire !

ActualitéClassé sous :Astronomie , Système planétaire extrasolaire , HR-8799

Le 14 novembre 2008 restera un grand jour pour la planétologie... Coup sur coup, dans la même revue Science, deux équipes viennent d'annoncer l'observation visuelle de systèmes planétaires. L'une depuis deux télescopes hawaïens, Gemini et Keck, et l'autre à l'aide de Hubble. Voici le détail de la première découverte, qui montre, autour de l'étoile HR-8799, non pas une mais trois planètes ! Pour la suite de cette saga du jour, ne manquez pas le prochain article sur l'image saisie par Hubble...

HR-8799 et son système planétaire, vu par le télescope de 8,1 mètres Gemini Nord. Crédit Université de Toronto

Un groupe d'astronomes américains, canadiens et britanniques vient de réaliser la première image d'un système planétaire extrasolaire orbitant autour de l'étoile HR-8799 au moyen des télescopes Gemini Nord (8,1 m) et Keck (10 m) au sommet du Mauna Kea, à Hawaï. La portée de l'événement, qui vient de faire l'objet d'une publication dans la revue Science du 13 novembre 2008, est considérable... « Depuis une dizaine d'années, nous savions, par des méthodes indirectes, que le Soleil n'est pas le seul astre autour duquel tournent des planètes, rappelle Christian Marois, de l'Institut Herzberg d'astrophysique, à Victoria (Canada) et auteur principal de l'article. Nous avons finalement réussi à saisir une véritable image d'un système solaire entier. Il s'agit d'un jalon dans la quête de systèmes planétaires orbitant autour des étoiles ».

Située à 130 années-lumière dans la constellation de Pégase, HR-8799 est une étoile de classe spectrale A5V âgée de seulement 60 millions d'années et de 1,5 masse solaire. Sa magnitude apparente de +5,96 la situe à la limite de visibilité de l'œil humain. Des observations antérieures avaient déjà permis de détecter un disque de poussières particulièrement massif au sein duquel la présence d'au moins une planète en formation avait été suspectée.

Entre 2004 et 2007, l'équipe de chercheurs constituée de Christian Marois ainsi que de David Lafrenière (Université de Toronto) et René Doyon (Université de Montréal), membre du Centre de recherche en astrophysique du Québec (CRAQ) et directeur de l'Observatoire du mont Mégantic, avaient entrepris de scruter 85 étoiles moins massives et plus jeunes que le Soleil, postulant que des planètes encore chaudes, donc plus facilement détectables, pourraient les entourer. En vain.

Aussi ont-ils modifié leur stratégie, se tournant cette fois vers une autre sélection de 80 étoiles plus massives que le Soleil, en s'aidant de l'optique adaptative des télescopes Gemini Nord et du Keck. L'équipe s'est aussi appuyée sur un nouveau logiciel d'imagerie angulaire différentielle (IDA2) dont ils sont à l'origine, et sur un algorithme de traitement d'image sophistiqué destiné à distinguer la lumière renvoyée par la planète, entre un et dix millions de fois moins lumineuse que l'étoile.

Bingo ! Une des premières cibles de l'équipe était HR-8799, en raison de son important nuage de poussières. Mais d'emblée, les détecteurs découvraient non pas une mais trois planètes composant le premier système stellaire jamais observé.

Ces trois images ont permis de déterminer les caractéristiques orbitales des trois planètes, dont les positions sont indiquées par les lettres b, c et d. Crédit Université de Toronto

La preuve d'une savoir-faire certain et l'espoir de bien d'autres découvertes

Il ne s'agit pas de la première photographie réalisée d'une planète extrasolaire. Mais le fait que trois de ces astres apparaissent sur la première image réalisée selon cette nouvelle méthodologie en dit long sur les perspectives désormais ouvertes aux astronomes. Les images successives du système, étalées sur plusieurs mois, révèlent que les trois planètes tournent à 24, 38 et 64 AU (3,6, 5,7 et 9,5 milliards de kilomètres) de l'étoile en respectivement 100, 189 et 490 années terrestres. Leurs masses, qui n'ont pas encore été mesurées avec précision, sont provisoirement estimées à 10 (+/-3), 10 (+/-3) et 7 (-2 à +7) Mj (en référence à Jupiter).

Selon Travis Barman, astronome à l'observatoire Lowell en Arizona et co-auteur de l'étude, la comparaison entre les caractéristiques des trois planètes et les modèles théoriques indique que chacune d'entre elles doit posséder une atmosphère complexe abritant des nuages de poussières capturant et renvoyant une partie du rayonnement infrarouge.

Le système de HR-8799 apparaît comme une version légèrement agrandie de notre propre Système solaire, avec des planètes plus massives orbitant plus loin et une étoile légèrement plus grande que le Soleil. Si HR-8799 avait la masse de notre Soleil, les trois astres observés occuperaient la place de Saturne, Uranus et Neptune, ce qui laisse aussi présager la présence de planètes intérieures.

Jusqu'à présent, environ 300 exoplanètes avaient déjà été mises en évidence (326 ce 14 novembre 2008), la plupart par la mesure de l'effet gravitationnel sur leur étoile. Mais cette technique indirecte permet seulement de déterminer la masse et l'orbite d'un objet invisible. La technique du transit permet l'analyse d'atmosphères par l'étude du rayonnement stellaire diffracté, mais la planète ne trahit sa présence que par un très léger assombrissement de son étoile, et reste tout aussi inobservable directement.

L'étude par imagerie directe offre un tout nouveau champ de recherches. Il est à présent potentiellement possible d'étudier les propriétés d'une planète en détails, de mesurer sa température, d'analyser sa composition ainsi que la structure de son atmosphère. Les premiers examens du système de HR-8799 par spectrométrie sont d'ores et déjà programmés.

Le fait que la toute première image obtenue au moyen du nouveau programme conduit par Christian Marois ait révélé d'emblée un système complexe de trois planètes est sidérant et ne saurait être dû à un simple hasard. Cette heureuse découverte est surtout imputable à des instruments aux performances exceptionnelles, à une bonne méthode et, sans doute, avec désormais 326 planètes extrasolaires au compteur, à un savoir-faire certain. Une nouvelle fenêtre vient ainsi de s'ouvrir sur l'Univers, mettant les astronomes sur la voie qui les conduira bientôt à la photographie d’une deuxième Terre.

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