Une vue d'artiste de l'exoplanète Bêta Pictoris b autour de son étoile parente. © ESO, L.Calcada, N.Risinger

Sciences

Regardez les mouvements de l’exoplanète Bêta Pictoris b

ActualitéClassé sous :Beta Pictoris , Astronomie , exoplanète

Depuis 2013, l'exoplanète Bêta Pictoris b a été imagée directement avec l'instrument Gemini Planet Imager du télescope Gemini South au Chili. Cela a permis aujourd'hui de réaliser un time-lapse du mouvement de cette géante gazeuse âgée de moins de 23 millions d'années comme nous l'expliquent deux des astronomes derrière cette performance, Franck Marchis et Eric Nielsen.

En 2009, à l'initiative de la patrie du père de la physique moderne, Galileo Galilei, qui a également révolutionné l'astronomie avec sa lunette astronomique, l'UAI (Union astronomique internationale) et l'Unesco lançaient l'Année mondiale de l'astronomie (International Year of Astronomy 2009 ou IYA 2009). C'était aussi l'occasion justement de fêter le quatre centième anniversaire du début des découvertes faites par Galileo Galilei avec sa lunette, parmi lesquelles celles des lunes principales de Jupiter à savoir, dans l'ordre des distances croissantes à Jupiter, Io, Europe, Ganymède et Callisto.

À cette occasion également, fut lancé par le comité exécutif de l'IYA 2009 un blog, le Cosmic Diary (ce qui peut se traduire par « Le Journal Cosmique ») permettant à plus de 25 astronomes de l'ESA, de l'ESO, de la JAXA, de la NASA et d'autres institutions, répartis dans le monde entier, de s'exprimer dans leur langue maternelle.

En janvier 2011, le même comité exécutif de l'IYA 2009 a transféré les responsabilités du site Web à l'Institut Seti. C'est l'astronome planétaire Franck Marchis, membre de cet institut qui gère maintenant le Cosmic Diary, lequel traite également maintenant de toutes les disciplines faisant partie de l'exobiologie. Les lecteurs de Futura le connaissent bien en raison des interviews accordées sur l'un de ses sujets de recherches, les volcans de Io, et son implication dans le développement de l'eVscope.

Le GPI (Gemini Planet Imager) est instrument installé au foyer du télescope géant Gemini South de 8,1 m de diamètre, au sommet du Cerro Pachón (2.722 m) au Chili. Il ira bientôt au foyer du télescope géant Gemini North, le frère jumeau du Gemini South qui est situé sur le Mauna Kea d'Hawaï et qui, comme lui, permet des observations dans l'infrarouge et le visible. Comme le montre cette vidéo, ces télescopes peuvent faire de l'optique adaptative en sondant l'état de la turbulence de l'atmosphère à l'aide de faisceaux lasers. Ils sont bien adaptés à la chasse aux exoplanètes et sont utilisés par des astronomes de plusieurs pays. © Gemini Observatory

Avec ses collègues Franck Marchis a mené des recherches avec le Gemini Planet Imager (GPI), un nouvel instrument qui exploite la dernière génération des technologies d'optique adaptative et de coronographie pour pouvoir corriger les turbulences atmosphériques, supprimer la lumière des étoiles, ceci afin d'imager de jeunes exoplanètes de type Jupiter. Le GPI a été utilisé au télescope Gemini South au Chili où, en 2014, a été lancé un programme scientifique appelé GPIES (GPI Exoplanet Survey) pour étudier environ 600 étoiles proches afin d'y chercher la présence de jeunes planètes géantes. Pour chaque exoplanète, des spectres de son atmosphère peuvent être déterminés et leurs orbites étudiées. En imageant bon nombre de ces exoplanètes, nous comprendrons mieux comment elles se forment et évoluent, et donc à quel point certaines des conditions de base pour l'apparition de la Vie dans la Voie lactée sont réunies.

Le groupe GPI de l'Institut Seti de gauche à droite : Eric Nielsen, Franck Marchis, Jasmine Garani, Sarah Blunt et Clement Chalumeau © 2019 Franck Marchis Blog

Franck Marchis vient d'écrire un article sur le blog du Cosmic Diary avec son collègue Eric Nielsen. Il traite des observations qui ont été faites dans le cadre du programme GPIES (GPI Exoplanet Survey), et auxquelles les deux astronomes ont participé. Elle concerne l'étoile Bêta Pictoris (β Pic), une très jeune étoile blanche ayant débuté sa vie sur la séquence principale du diagramme de Hertzsprung-Russel depuis environ 23 millions d'années et qui est située à une distance d'environ 63 années-lumière du Système solaire dans la constellation australe du Peintre.

En 1984, l'étude de cette étoile dans l'infrarouge avait permis de faire une grande première, l'imagerie directe d'un disque circumstellaire de poussières autour d'une étoile. En 2008, une exoplanète, Bêta Pictoris b, a finalement été découverte dans ce disque par Anne-Marie Lagrange, directrice de recherche au CNRS et membre du Laboratoire d'astrophysique de Grenoble, et son équipe. Il s'agissait là aussi d'une découverte faite par imagerie directe, en l'occurrence avec le système d'optique adaptative Naco du Very Large Telescope, dans le désert d'Atacama au Chili.

Franck Marchis a autorisé Futura à reprendre le contenu du texte qu'il a publié sur son blog et que voici :

Franck Marchis : « Eric Nielsen, ancien post-doctorant à l'Institut SETI et maintenant chercheur à l'Université de Stanford, a dirigé une étude de la planète Bêta Pictoris b qui combinait son observation directe à l'aide du Gemini Planet Imager avec des données supplémentaires prises depuis l'espace et du sol. L'équipe a estimé la masse de cette planète éloignée huit à seize fois celle de Jupiter et a constaté qu'elle avait probablement une orbite elliptique. Une vidéo montre le mouvement de la planète autour de son étoile, ce qui était inconcevable il y a quinze ans.

Depuis qu'il a été installé sur le télescope Gemini South en 2013, le GPI a observé Bêta Pictoris b en continue, étudiant son disque de débris, son atmosphère et son orbite, et il a recherché des planètes supplémentaires dans le système. Ce qui rend Bêta Pictoris b spéciale dans la famille des exoplanètes directement imagées, c'est qu'elle est suffisamment proche de son étoile pour boucler son orbite en seulement vingt-cinq ans, ce qui signifie que les astronomes sont à moins d'une décennie d'une observation complète d'une année pour Bêta Pictoris b depuis sa découverte en 2008. L'observation de l'orientation de l'orbite de la planète par rapport à la Terre est la plus proche de celle selon la tranche parmi les autres planètes imagées - en fait, il nous manque juste un transit directement devant son étoile.

Seeing the exoplanet β Pic b from Franck Marchis on Vimeo.


Le film des observations des mouvements de Bêta Pictoris b avec le GPI. © Jason Wang (Caltech), Gemini Planet Imager Exoplanet Survey

Dans un nouvel article, les membres de l'équipe utilisant le GPI expliquent qu'ils ont déterminé l'orbite de la planète sur la base d'une décennie et demie d'images, avec l'aide des mesures des vitesses radiales de l'étoile et de sa planète, ainsi qu'avec de l'astrométrie dans l'espace qui permet de mesurer le mouvement réflexe de l'étoile. Étant donné que les mouvements de l'étoile en réponse à la planète (NdR, c'est le mouvement réflexe) dépendent de la masse de la planète, cette combinaison de différentes techniques a été essentielle pour en savoir plus sur la masse de Bêta Pictoris b, une rareté parmi les planètes directement imagées. Le film ci-dessus montre la combinaison de toutes les images GPI de Bêta Pictoris b, de 2013 à 2018, y compris l'intervalle entre 2016 et 2018 lorsque l'orbite de la planète l'a approchée trop près de l'étoile pour être détectée.

Le GPI sera prochainement transporté pour installation au télescope Gemini-North, d'où Bêta Pictoris b n'est malheureusement pas visible ; il y recherchera à la place des planètes non visibles par le télescope Gemini-South. D'autres instruments, dont Sphere équipant le VLT, continueront de surveiller l'orbite de Bêta Pictoris b dans les années à venir.

De nombreuses surprises sur ce système seront sans doute découvertes dans un avenir proche. Par exemple, un article récent dirigé par Anne-Marie Lagrange exposent des preuves en faveur de l'existence d'une seconde planète dans le système, Bêta Pictoris c, basées sur des mesures de vitesse radiale de l'étoile. Cette planète devrait avoir une masse (et donc une luminosité) similaire à Bêta Pictoris b, mais elle serait environ quatre fois plus proche de l'étoile. Les observations futures, en particulier avec des instruments améliorés dans l'hémisphère sud tels que l'ELT, pourraient également être suffisamment précises pour imager cette deuxième planète qui devrait se trouver sur une orbite visible par la tranche similaire à  Bêta Pictoris b.

Quelle fête ce sera pour les astronomes quand ils pourront étudier et comprendre davantage de ces multiples systèmes en imageant directement leurs planètes ! »

Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Seti Institute

  • Le disque de débris autour de l'étoile Bêta Pictoris a été l'un des premiers découverts. En 2008, on a repéré 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 réussi à estimer 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 mais aussi avec le Gemini Planet Imager (GPI), ce dernier a été utilisé au télescope Gemini South au Chili. Cela leur a permis de réaliser des time-lapse du mouvement de cette géante gazeuse.
Pour en savoir plus

Exoplanètes : les mouvements de Bêta Pictoris b en timelapse

Article de Laurent Sacco publié le 12/11/2018

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)


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.

Cela vous intéressera aussi

Mission Gaia : la Voie lactée bientôt cartographiée  La mission Gaia de l'ESA a mesuré les positions et les vitesses d'un milliard d'étoiles dans la Voie lactée. Cela va permettre de reconstituer l'histoire de notre Galaxie, de mieux connaître sa structure mais aussi de partir à la chasse à la matière noire et aux exoplanètes. 

Abonnez-vous à la lettre d'information La quotidienne : nos dernières actualités du jour. Toutes nos lettres d’information

!

Merci pour votre inscription.
Heureux de vous compter parmi nos lecteurs !