Le télescope spatial Spitzer porte des instruments sensibles aux infrarouges mis en orbite par la Nasa en 2003. Depuis 2009, à bout d'helium liquide (nécessaire au refroidissement), seuls deux instruments sont encore fonctionnels. © Nasa

Sciences

Quand une exoplanète fait pulser son étoile

ActualitéClassé sous :Espace , planètes extrasolaires , exoplanète

Une exoplanète rocheuse incroyablement massive - huit fois Jupiter - semble modifier les pulsations lumineuses de son étoile, comparable au Soleil, probablement sous l'effet des forces de marée. Du jamais vu, qui semblait même impossible.

Les astrophysiciens théoriciens étudient depuis longtemps les systèmes binaires d'étoiles. Dès les années 1930 par exemple, le prix Nobel de physique Chandrasekhar avait modélisé en détail l'effet mutuel des forces de marée sur deux étoiles tournant l'une autour de l'autre. De telles forces peuvent exciter des modes de vibration et d'oscillation des sphères de plasma que sont les étoiles. Ces astres sont en effet parcourus par les équivalents des ondes sismiques de la Terre, ce qui se traduit par des modifications périodiques de la luminosité de ces astres. Les astrophysiciens ont d'ailleurs découvert ainsi un nouveau moyen d'étude des étoiles, l'astérosismologie, ou sismologie solaire dans le cas de notre Soleil.

Certains de ces modes de pulsation ou de vibration peuvent être excités par les forces de marée si celles-ci fluctuent selon des fréquences dites de résonances. Le phénomène est similaire au mouvement d'une personne sur une balançoire amplifié par un pousseur qui travaille en rythme. Jusqu'à présent, on pensait que de telles pulsations stellaires induites par la force de gravité étaient réservées à des couples d'étoiles et qu'elles ne pouvaient pas être provoquées par une exoplanète. Ce serait une erreur, selon les travaux d'une équipe internationale de chercheurs, qui s'expliquent dans un article déposé sur arXiv.

Une vue d'artiste de l'exoplanète HAT-P-2b autour de son étoile, qui est légérement plus massive que le Soleil et plus jeune de quelques milliards d'années. © Nasa

La découverte s'est faite par sérendipité. Les astrophysiciens voulaient utiliser le télescope spatial Spitzer pour étudier les modifications de la cartographie de la température dans l'atmosphère d'une exoplanète pour mieux la comprendre (la répartition des ses vents, sa composition, etc.), et donc faire progresser indirectement l'exobiologie. Pour cela, ils se sont tournés vers l'étoile HD 147506. Elle figure aussi, sous la dénomination de HAT-P-2, dans le catalogue dressé à partir des observations du projet HATNet (pour Hungarian Automated Telescope Network), un réseau de six petits télescopes de 11 cm à grand champ entièrement automatisés, capable de détecter et de caractériser des exoplanètes.

Des pulsations en résonance avec l'orbite d'une exoplanète ?

Ce réseau avait détecté en 2007 une exoplanète, HAT-P-2b, autour de cette étoile de type F8 située à environ 400 années-lumière du Soleil. Elle est huit fois plus massive que Jupiter pour un rayon à peine plus grand. Bien qu'elle orbite autour de HAT-P-2 en un peu plus de cinq jours, ce n'est donc pas une Jupiter chaude car sa densité moyenne est similaire à celle de la Terre. Son orbite est particulièrement excentrique, ce qui l'amène à passer assez près de son étoile et elle doit y générer des effets de marée importants.

Or, en analysant durant plus de 350 heures d'observations, entre 2011 et 2015, la courbe de lumière de HAT-P-2 mesurée avec Spitzer, les astrophysiciens ont constaté qu'il existait des pulsations selon des fréquences qui sont des multiples exacts de la fréquence orbitale de l'exoplanète HAT-P-2b. C'est précisément ce à quoi on peut s'attendre si l'influence gravitationnelle de la planète est assez forte pour exciter certains de ses modes de pulsation.

La découverte est spectaculaire car les modifications périodiques de la courbe de luminosité sont vraiment très faibles. Pour en donner une idée, l'un des chercheurs a comparé les mesures qui ont été réalisées à celles qui consisteraient à isoler à une distance de quelques kilomètres le bruit d'un moustique passant devant un réacteur d'avion. Enfin, elle bouleverse les idées sur les interactions entre les exoplanètes et leurs étoiles hôtes car on ne pensait pas qu'elles puissent influencer les pulsations stellaires.

Toutefois, même si les périodicités des pulsations observées dans le cas de HAT-P-2b sont indicatives de la présence d'effets de marée bien compris dans le cadre des modèles avec étoiles binaires, les chercheurs ne sont pas capables de les expliquer avec une exoplanète dans le cadre des modèles stellaires actuels, ce qui suggère qu'il leur manque une pièce importante du puzzle.

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