Cette vue d'artiste montre la planète en orbite autour de la jeune étoile Bêta Pictoris. Cette exoplanète est la première dont la vitesse de rotation est mesurée. Sa durée du jour n'excède pas les huit heures, ce qui correspond à une vitesse de rotation équatoriale de 100.000 km/h, nettement supérieure à celle des planètes de notre Système Solaire. © ESO L. Calçada/N. Risinger

Sciences

Exoplanètes : les mouvements de Bêta Pictoris b en timelapse

ActualitéClassé sous :Beta Pictoris , Astronomie , exoplanète

Depuis 2014, des astronomes ont pris des images de l'exoplanète Bêta Pictoris b avec l'instrument Sphere du VLT de l'ESO. Cela leur a permis aujourd'hui de réaliser un timelapse du mouvement de cette géante gazeuse âgée de moins de 23 millions d'années.

Carl Sagan en a peut-être rêvé, en tout cas les astronomes du XXIe siècle l'ont fait. Il est en effet possible depuis quelques années non seulement de faire de la détection d'exoplanètes par imagerie directe mais aussi de suivre leurs mouvements autour de leur étoile hôte. Il a fallu pour cela une nouvelle génération d'instruments utilisant les derniers raffinements de l'optique adaptative pour corriger les effets de la turbulence de l'atmosphère, effets délétères sur le pouvoir de résolution théorique des télescopes, mais aussi des techniques avancées et subtiles de traitement de l'image.

Nous n'en sommes encore qu'au début de cette révolution pour les exoplanètes mais on peut donc déjà voir, littéralement, quelques aspects des promesses du futur avec un timelapse réalisé avec des images prises de fin 2014 à fin 2016, à l'aide de l'instrument de recherche Sphere (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch) équipant le VLT de l'ESO.

Le très grand télescope (VLT) de l'ESO a capturé une série d'images sans précédent montrant le passage de l'exoplanète Bêta Pictoris b autour de son étoile parente. Cette exoplanète jeune et massive a été découverte en 2008 à l’aide de l’instrument Naco du VLT. © ESO/Lagrange/SPHERE consortium

Bêta Pictoris b, la géante gazeuse encore chaude

Ces images sont celles que l'on obtient en pointant cet instrument en direction de l'étoile Bêta Pictoris (β Pic), une très jeune étoile blanche située à une distance d'environ 63 années-lumière du Système solaire dans la constellation australe du Peintre. Ayant débuté sa vie sur la séquence principale du diagramme de Hertzsprung-Russel depuis environ 23 millions d'années, elle a perdu son disque protoplanétaire riche en gaz mais, comme l'a montré au milieu des années 1980 le satellite Iras (Infrared Astronomical Satellite) - un télescope spatial infrarouge sur une orbite héliosynchrone -, elle est entourée d'un disque de débris encore riche en poussières où la formation d'exoplanètes se poursuit probablement. Rappelons que les disques de débris contiennent des poussières résultant des collisions en cours entre les embryons planétaires et/ou astéroïdes. Dans le Système solaire, un vestige de ce disque étant la poussière zodiacale.

Nous savons qu'il en existe au moins une puisque nous l'avons découverte en 2008 grâce à l'instrument Naco du VLT. Nommée Bêta Pictoris b, c'est un géante gazeuse très massive qui orbite autour de son étoile à une distance similaire à celle qui sépare le Soleil de Saturne, soit environ 1,3 milliard de kilomètres. Cela en fait l'exoplanète la plus proche de son étoile à avoir été photographiée directement.

Elle est encore chaude du fait de sa formation et sa chaleur d'accrétion est telle que sa surface brille à une température de 1.500 °C. Il n'en reste pas moins qu'il n'est pas facile de mettre en évidence cette lumière car elle est noyée dans celle de l'étoile hôte qu'il faut soustraire d'une façon ou d'une autre. Les images que l'on voit montrent toutefois nettement les mouvements de l'exoplanète bien qu'elles puissent laisser penser qu'elle transite, ce qui n'est pas le cas.

Les astronomes ont suivi l'exoplanète Bêta Pictoris b et effectué des observations de fin 2014 à fin 2016 à l'aide de l'instrument de recherche exoplanète à contraste élevé spectro-polarimétrique du VLT (Sphere). Ces observations sont présentées ici sous forme de timelapse illustrant le passage de Bêta Pictoris b autour de son étoile hôte. © European Southern Observatory (ESO)

  • Le disque de débris autour de l'étoile Bêta Pictoris a été l'un des premiers découverts, imagé au début des années 1980.
  • En 2008, on a découvert autour de cette étoile, située à 63 années-lumière de la Terre, une exoplanète Bêta Pictoris b.
  • L'étoile Bêta Pictoris étant variable, les déterminations par la méthode des vitesses radiales de sa masse étaient trop imprécises.
  • Les données astrométriques fournies par Gaia et autrefois Hipparcos ont finalement permis de déterminer une valeur de cette masse, entre 9 et 13 fois la masse de Jupiter.
  • C'est la première estimation réussie de la masse d'une jeune planète à l'aide de mesures astrométriques.
  • Depuis 2014, des astronomes ont pris des images de l'exoplanète Bêta Pictoris b avec l'instrument Sphere du VLT de l'ESO. Cela leur a permis aujourd'hui de réaliser un timelapse du mouvement de cette géante gazeuse.
Pour en savoir plus

La jeune exoplanète Bêta Pictoris b est étonnamment massive

Article de Laurent Sacco publié le 23/08/2018

La célèbre exoplanète Bêta Pictoris b, âgée d'environ 20 millions d'années tout au plus, avait été découverte et imagée directement en 2008. En combinant les données des satellites Gaia et Hipparcos concernant les mouvements de son étoile hôte, on vient enfin de préciser se masse. Elle contiendrait entre 9 et 13 fois la masse de Jupiter.

L'étoile Bêta Pictoris (β Pic) est une très jeune étoile blanche ayant débuté sa vie sur la séquence principale du diagramme de Hertzsprung-Russel depuis environ 23 millions d'années. Elle est située à une distance d'environ 63 années-lumière du Système solaire dans la constellation australe du Peintre. Elle était donc une cible toute trouvée pour le satellite Iras (Infrared Astronomical Satellite), un télescope spatial infrarouge sur une orbite héliosynchrone, lancé le 25 janvier 1983.

Iras avait fait une découverte retentissante à l'époque en observant un excès d'émission infrarouge autour de l'étoile Bêta Pictoris. Excès que les astrophysiciens ont rapidement interprété comme l'une des toutes premières détections d'un disque de poussières autour d'une étoile. Cette hypothèse a d'ailleurs été vérifiée l'année suivante, en 1984, avec une imagerie directe de ce disque circumstellaire : une grande première.

On voit sur cette photo composite, prise dans l'infrarouge proche, le système de Bêta Pictoris. Le disque de débris est bien visible ainsi que l'exoplanète Bêta Pictoris b. En haut à droite, se trouve la comparaison avec la taille de l'orbite de Saturne. © ESO/A-M. Lagrange et al.

En 2008, comme on s'y attendait du fait de la théorie de la formation des systèmes planétaires, une exoplanète, Bêta Pictoris b, a finalement été découverte dans ce disque (un disque de débris issu d'un disque protoplanétaire ayant perdu son gaz) par Anne-Marie Lagrange, directrice de recherche au CNRS et membre du Laboratoire d'astrophysique de Grenoble, et son équipe, avec le système d'optique adaptative Naco du Very Large Telescope, dans le désert d'Atacama au Chili. Il s'agissait là aussi d'une découverte faite par imagerie directe, ce qui est encore rare avec des exoplanètes.

Bêta Pictoris b pèserait environ 3.000 à 4.000 masses terrestres 

On cherche depuis cette époque à préciser les caractéristiques de Bêta Pictoris b et notamment sa masse. C'est précisément ce que vient de faire une équipe de chercheurs venant de publier un article à ce sujet dans Nature Astronomy.

La masse déterminée est maintenant dans une bande comprise entre 9 et 13 fois la masse de Jupiter, laquelle est environ 318 fois plus massive que la Terre. On peut s'étonner qu'il ait fallu tout ce temps pour obtenir cette estimation. Bien qu'orbitant à 8-9 unités astronomiques de Bêta Pictoris, avec une faible excentricité et une période de 22 à 30 ans environ, une telle masse devrait affecter le mouvement de l'étoile hôte, suffisamment pour que l'on puisse mettre en pratique la méthode des vitesses radiales.

Sauf que Bêta Pictoris est particulièrement chaude et tourne rapidement sur elle-même et surtout, elle se comporte comme une étoile variable, ce qui ne rend pas cette détermination suffisamment précise par cette méthode.

Un zoom vertigineux en direction de Bêta Pictoris. © European Southern Observatory (ESO)

Mais les astronomes ont plus d'un tour dans leur sac. Ils peuvent, par exemple, et a fortiori pour une étoile aussi proche du Soleil et une exoplanète directement imagée, faire de l'astrométrie, c'est-à-dire mesurer les trajectoires de ces deux astres et les vitesses atteintes sur cette trajectoire. Ce qui permet, là aussi, via les lois de la mécanique céleste, de remonter à la masse de Bêta Pictoris b.

Par chance, les mouvements de Bêta Pictoris avaient commencé à être mesurés avec précision par la mission Hipparcos au début des années 1990. Dédié à l'astrométrie, le satellite éponyme avait observé Bêta Pictoris 111 fois entre 1990 et 1993. Plus récemment, le successeur d'Hipparcos, Gaia, a lui aussi fourni des données permettant de mieux mesurer les perturbations des mouvements de Bêta Pictoris du fait de la présence et de la masse de Bêta Pictoris b.

Au final, nous sommes en présence de la première estimation réussie de la masse d'une jeune planète à l'aide de mesures astrométriques.


Exoplanètes : Bêta Pictoris se dévoile enfin dans le visible !

Article de Jean Etienne publié le 22/11/2008

Après la série de la semaine dernière, une nouvelle planète extrasolaire vient à nouveau d'être photographiée, cette fois autour de Bêta Pictoris, une étoile âgée de seulement 12 millions d'années située à 70 années-lumière du Soleil.

Les photographies d'exoplanètes semblent avoir tendance à se multiplier. La semaine dernière, l'une d'elles était vue autour de l'étoile Formahaut par le télescope spatial Hubble et une autre équipe annonçait l'observation dans le visible d'un système planétaire.

Bien que les vérifications soient encore en cours, cette onzième découverte d'exoplanète par la méthode directe ne fait pratiquement aucun doute dans l'esprit des chercheurs, qui en suspectaient l'existence depuis près d'une vingtaine d'années.

En 1983, peu après son lancement, le télescope spatial infrarouge Iras (Infrared Astronomical Satellite) construit conjointement par la Nasa, la NIVR (agence spatiale néerlandaise) et le SERC (agence de la recherche britannique) détectait une importante source infrarouge dans le voisinage de Bêta Pictoris, immédiatement interprétée comme un disque de poussière circumstellaire. Celui-ci était directement observé en 1984 au moyen d'un coronographe stellaire, régulièrement surveillé depuis cette date.

Histoire d’une avancée scientifique

Ce disque, étendu sur plus de 1.000 UA et constitué de particules relativement grandes (un micron ou plus), présente une zone centrale relativement vide à l'intérieur d'un rayon d'environ 50 UA où sont observées des chutes sporadiques de gaz, et parfois des éjections probablement provoquées par les mouvements de corps cométaires à proximité de l'étoile. L'évaporation, ou la destruction par collision d'astéroïdes semblent aussi être nécessaires pour expliquer la présence de cette poussière et la teneur relativement importante du milieu en monoxyde de carbone (CO). Des déformations du disque suggèrent aussi qu'une planète de type Jupiter pourrait se trouver sur une orbite légèrement inclinée à environ 10 UA de l'étoile, et du coup Bêta Pictoris devient à cette époque le prototype des étoiles candidates à la première découverte d'une planète extrasolaire.

Elle n'en n'aura cependant pas l'honneur, et en 1995 l'astronome suisse Michel Mayor découvre la première planète extrasolaire autour de l'étoile 51 Pegasi grâce à la technique des vitesses radiales.

Depuis, elles sont 328 (au 21 novembre 2008) et semblent littéralement pleuvoir, signe du perfectionnement sans cesse accru des moyens d'observation. Mais la visualisation directe d'une planète en dehors de notre système solaire demeurait un exploit voisin de l'utopie, jusqu'à très récemment. Aujourd'hui, les instruments et la technologie arrivent juste au niveau nécessaire pour permettre ce type de découverte, qui commence à se produire régulièrement.

Bêta Pictoris se dévoile

Une équipe française conduite par l'astronome Anne-Marie Lagrange, du laboratoire d'Astrophysique de Grenoble (LAOG, Université Joseph Fourier) et directrice de recherches au CNRS, a repris et analysé des observations effectuées au moyen d'un des quatre instruments de 8 mètres du Very Large Telescope de l'ESO équipé de Naco, un dispositif associant un système d'optique adaptative et une caméra travaillant dans le proche infrarouge. Elle a ainsi pu mettre en évidence ce qui pourrait être l'exoplanète la plus proche d'une étoile jamais imagée, et vient de publier ses observations dans Astronomy and Astrophysics Letters (Image of a close and planetary-mass companion to β Pictoris, à paraître bientôt).

Afin de corroborer cette observation et éliminer la possibilité d'un artefact sur l'image, les principales étapes de l'analyse ont été de nouveau effectuées par d'autres membres de l'équipe appartenant au Laboratoire d'Etudes Spatiales et d'Instrumentation en Astrophysique (Lesia, Universités Paris 6 et 7) et à l'Onera, en travaillant sur d'autres jeux de données. La possibilité d'une étoile apparaissant en arrière-plan a aussi été examinée, bien que cette coïncidence soit très peu probable. Tous les résultats semblent corroborer la présence d'une planète.

Le flux de l'exoplanète détectée visuellement, nommée Bêta Pictoris b, indique une masse d'environ 8 fois celle de Jupiter à une distance de seulement 8 UA de Bêta Pictoris, soit environ la distance Soleil - Saturne, à une température de 1.500 K. Ces caractéristiques sont en tout point compatibles avec les prévisions faites depuis des années. Sa situation, dans une zone similaire à celle occupée par les planètes géantes de notre système solaire, fournit des indications sur sa formation, qui aurait pu, par exemple, passer par une accrétion de matière solide en orbite dans le disque protoplanétaire.

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