Les diminutions de luminosité observées pour une source de rayonnement X dans un système binaire pourrait être causée par le transit d'une planète. © Nasa/CXC/SAO/R. DiStefano, et al.; Optical: NASA/ESA/STScI/Grendler; Illustration: NASA/CXC/M.Weiss
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La première exoplanète extragalactique aurait été découverte !

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[EN VIDÉO] Les exoplanètes  Qu'est-ce qu'une exoplanète, où les trouve-t-on et pourquoi sont-elles si intéressantes ? Réponse en vidéo ! 

Ce n'est pas la première fois que des astronomes annoncent la détection de la première exoplanète dans une autre galaxie mais les précédentes découvertes se sont révélées douteuses ou mal fondées. Toujours est-il qu'aujourd'hui un nouveau candidat est sur le devant de la scène dans la galaxie du Tourbillon via la méthode des transits en rayon X. C'est désormais deux satellites, Chandra et XMM Newton, qui auraient permis sa détection.

Les exoplanètes découvertes dans la Voie lactée jusqu'à présent se trouvent à quelques milliers d'années-lumière du Soleil mais il n'y a pas de raison de penser qu'il n'en existe pas de nombreuses autres un peu partout dans notre Galaxie. On les a découvertes avec essentiellement deux méthodes, celle des transits et celle des vitesses radiales. Mais les appliquer à la détection d'exoplanètes dans d'autres galaxies peut sembler impossible, en particulier avec un transit car il faut observer d'infimes baisses de luminosité pour des étoiles situées à au moins quelques millions d'années-lumière si l'on exclut des galaxies de petites tailles plus proches comme les Nuages de Magellan qui, eux, sont situés à moins de 200.000 années-lumière de la Voie lactée.

Nous n'avons pas de raison de penser sérieusement que notre Galaxie soit particulière par rapport aux autres galaxies spirales de tailles comparables, comme celle d'Andromède, mais il sera nécessaire pour fonder solidement la connaissance de chercher tout de même à détecter des exoplanètes dans d'autres galaxies.

M51 est le sujet d'observation par Chandra depuis longtemps comme le montre cette vidéo. La détermination de sa distance à la Voie lactée s'affine les années passant. 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 ». © Chandra X-ray Observatory

Des exoplanètes en transit dans le domaine des rayons X

L'année dernière, comme le montre le précédent article ci-dessous, Futura avait présenté le dernier candidat sérieux en date au titre de la première exoplanète extragalactique découverte. Il s'agissait de M51-ULS-1b, un astre qui aurait transité dans un système binaire formé d'un astre compact, étoile à neutrons ou trou noir, accrétant de la matière arrachée à une étoile dont la masse est estimée à environ 20 fois celle du Soleil. Comme son nom le laisse deviner, l'exoplanète potentielle se trouverait dans la galaxie du Tourbillon, aussi célèbre sous le nom de M51.

Saviez-vous qu'Halloween a des origines astronomiques ? On vous en parle dans Futura dans les Étoiles. © Futura

Toutefois, le transit observé, qui a duré environ trois heures, est exotique puisqu'il a été observé dans le domaine des rayons X par le fameux satellite Chandra de la Nasa et que ce transit semble confirmé - mais indirectement - par les observations d'un autre satellite, de l'ESA cette fois-ci, XMM Newton, qui opère lui aussi dans le domaine des rayons X, comme l'explique aujourd'hui un article publié dans la revue Nature Astronomy.

Sur la gauche, une image composite avec en fausses couleurs des émissions de rayons X de la galaxie M 51. Un carré indique la zone où se trouve peut-être une exoplanète transitant devant un astre compact comme le montrent l'illustration de droite et l'animation ci-dessous. © Rayons X : Nasa/CXC/SAO/R. DiStefano, et al.; visible : Nasa/ESA/STScI/Grendler ; Illustration : Nasa/CXC/M. Weiss

Les astrophysiciens n'ont pas choisi par hasard de chasser des transits d'exoplanètes dans le domaine des rayons X. Certes, des astres compacts d'origine stellaire s'entourant d'un disque d'accrétion, où la matière s'échauffe à plusieurs millions de degrés en tombant en spirale vers cet astre à cause de frottements visqueux dans le gaz formant ce disque au point d'émettre des photons X, sont des millions de fois plus brillants que le Soleil. Mais l'astre compact lui-même n'a que quelques dizaines de kilomètres de rayon et son disque d'accrétion est de la taille de Jupiter tout au plus, de sorte qu'une exoplanète peut bloquer complètement son rayonnement, produisant donc une variation de luminosité bien plus forte et marquée que dans le cas d'un transit devant une étoile encore sur la séquence principale.

Une animation montrant le système binaire où M51-ULS-1b effectue un transit. Une jeune géante bleue voit sa matière aspirée par les forces de marée d'un astre compact, peut-être un trou noir, entouré d'un disque d'accrétion très chaud et brillant en rayons X. © Center for Astrophysics

Un transit que l'on ne pourra pas confirmer avant environ 70 ans

Pour raisonnablement affirmer être en présence d'une exoplanète, les astrophysiciens ont examiné puis écarté plusieurs hypothèses alternatives pour expliquer la variation brusque de luminosité.

Pouvait-il s'agir d'une variation de la source X elle-même ? Dans ce cas-là, on ne comprend pas pourquoi le spectre et la température du rayonnement sont restés inchangés après le transit, identiques à ceux observés avant son début.

Pouvait-il s'agir du transit d'un nuage de matière ? Impossible, on n'aurait pas observé un blocage complet des émissions de rayons X.

Les astrophysiciens estiment que l'exoplanète candidate M51-ULS-1 aurait à peu près la taille de Saturne et orbiterait autour de l'étoile à neutrons ou du trou noir à environ deux fois la distance de Saturne au Soleil. Sa période de transit serait donc d'environ 70 ans, ce qui veut dire que nous ne pouvons par encore confirmer dans un avenir proche, comme dans le cas des autres exoplanètes dans la Voie lactée découvertes par transit, qu'elle existe réellement. En effet, le prochain transit observable ne devrait l'être que dans des décennies et nous ne savons pas exactement quand. © Nasa/CXC/M. Weiss

Il ne peut pas s'agir non plus du transit de l'étoile bleue de 20 masses solaires qui dure plus longtemps que trois heures et que l'on a de plus observé partiellement avec XMM-Newton (le satellite de l'ESA n'a pas vu de transit planétaire).

Mais des simulations numériques avec une exoplanète de la taille de Saturne rendent bien compte des observations. Cela est encore insuffisant pour pouvoir parler d'une découverte certaine mais elle semble maintenant très probable. Si tel est le cas, on peut s'attendre à détecter dans un futur proche d'autres exoplanètes dans d'autres galaxies avec cette méthode basée sur l'astronomie X.

Par contre, ce genre d'exoplanète ou d'autres qui auraient survécu à l'explosion en supernova qui a donné lieu à l'astre compact source des rayons X, ne doivent pas être propices à l'apparition de la vie, étant donné le flot de rayons X émis.

Les méthodes de détection des exoplanètes se sont largement diversifiées depuis les années 1990. Elles peuvent se classer en deux grandes catégories, les méthodes directes et les méthodes indirectes. Les trois méthodes principales sont la méthode directe d’imagerie, la méthode indirecte du transit et la méthode indirecte de la vitesse radiale. Partez à la découverte des exoplanètes à travers notre websérie en neuf épisodes. Une vidéo à retrouver chaque semaine sur notre chaîne Youtube. Une playlist proposée par le CEA et l’Université Paris-Saclay dans le cadre du projet de recherche européen H2020 Exoplanets-A. © CEA Recherche

Pour en savoir plus

C'est probablement la première exoplanète découverte dans une autre galaxie

Article de Laurent Sacco publié le 04/10/2020

Ce n'est pas la première fois que des astronomes annoncent la détection de la première exoplanète dans une autre galaxie mais les précédentes découvertes se sont révélées douteuses ou mal fondées. Toujours est-il qu'aujourd'hui un nouveau candidat est sur le devant de la scène dans la galaxie du Tourbillon et, curieusement, c'est le satellite Chandra qui aurait permis sa détection... en rayons X !

Nous connaissons à ce jour plus de 4.200 exoplanètes dans la Voie lactée et nos télescopes, de Spitzer à Alma en passant par Hubble, nous ont montré de nombreux disques protoplanétaires dans notre Galaxie. On aura donc un peu de peine à croire qu'au début du XXe siècle le modèle de Kant-Laplace de la naissance du Système solaire à partir d'une nébuleuse de gaz et de poussière s'effondrant pour donner un disque protoplanétaire entourant une protoétoile avait été abandonné, réfuté pensait-on par ses contradictions avec les observations dans le Système solaire.

On pensait alors que les planètes s'étaient condensées à partir d'un lambeau de plasma arraché au Soleil par le passage rapproché d'une étoile il y a fort longtemps. Comme on commençait à avoir une bonne connaissance de la répartition et de la dynamique du gaz d'étoiles autogravitant de la Voie lactée, on savait que ce genre de rencontre devait être rare. Ainsi, très peu de systèmes planétaires existaient probablement dans notre Galaxie.

Le transit probable d'une exoplanète observé par Chandra en rayons X dans M51. © R. Di Stefano, Julia Berndtsson, Ryan Urquhart, Roberto Soria, Vinay L. Kashyap, Theron W. Carmichael, Nia Imara

Une géante gazeuse en transit autour d'une étoile à neutrons ?

La situation s'est complètement retournée depuis, et tout le monde s'attend probablement, et pour de bonnes raisons, à ce que d'autres exoplanètes soient aussi trouvées en abondance dans les galaxies spirales cousines de la Voie lactée. De fait, il y a quelques années, dans le précédent article ci-dessous, Futura avait annoncé la découverte de HIP 13044 b par les astronomes de l'ESO.

Pas plus que les précédentes annonces de découvertes d'exoplanètes extragalactiques, elle n'a résisté au passage du temps et on doit donc prendre avec le recul nécessaire la simple mise en ligne sur arXiv de la découverte potentielle de la vraie première exoplanète extragalactique.

Des chercheurs font tout de même savoir que des observations menées avec les instruments du satellite Chandra de la Nasa ont révélé ce qui semble bien être un transit planétaire dans le domaine des rayons X. Il concernerait une géante de la taille de Saturne tout au plus, autour d'une étoile binaire située dans la galaxie du Tourbillon, la célèbre M51 située à quelque 27 millions d'années-lumière de la Terre.

La binaire autour de laquelle M51-ULS-1b boucle ses orbites contiendrait une étoile à neutrons, ou un trou noir, accrétant de la matière d'une étoile géante.

À gauche, en fausses couleurs, la galaxie M51 vue par Chandra. À droite, un zoom sur la région encadrée en tirés blancs avec une image de Hubble. Le cercle magenta marque la position des rayons X de l'étoile binaire M 51-ULS, qui se trouve au bord d'un jeune amas d'étoiles. © R. Di Stefano, Julia Berndtsson, Ryan Urquhart, Roberto Soria, Vinay L. Kashyap, Theron W. Carmichael, Nia Imara

HIP 13044 b : la première exoplanète extragalactique

Article de Laurent Sacco publié le 22/11/2010

Les astronomes de l'ESO viennent d'apporter la preuve que le processus de formation d'exoplanètes n'est pas limité à notre galaxie. HIP 13044 b tourne en effet autour d'une étoile faisant partie du courant stellaire arrachée à une galaxie naine par la Voie lactée.

L'univers regorge certainement de planètes et la vie doit probablement aussi être un phénomène largement répandu. Si cette dernière affirmation n'est encore qu'une hypothèse, la première semble maintenant une évidence après les plus de 500 exoplanètes découvertes dans notre galaxie en seulement 15 années d'observations. Que la formation de planètes soit un processus universel, c'est d'ailleurs bien ce qu'illustre une découverte des astronomes de l'observatoire de La Silla de l'ESO, au Chili.

En utilisant le télescope MPG/ESO de 2,2 mètres couplé au spectrographe haute résolution FEROS, les chercheurs ont en effet décelé la présence d'une planète, au moins 1,25 fois plus massive que Jupiter, en orbite autour de l'étoile HIP 13044. Or, bien que située à seulement 2.000 années-lumière de la Terre, la trajectoire de cette étoile prouve qu'elle fait partie du courant de marée d'Helmi : un courant d'étoiles arrachées par les forces de marée de notre Voie lactée à une galaxie naine qu'elle a dévorée il y a environ 6 milliards d'années.

Quelque part au centre de cette image se trouve l'étoile HIP 13044. © ESO-Digitized Sky Survey 2/Davide De Martineil. © ESO/L. Calçada

Encore une découverte par la méthode des vitesses radiales

Située dans la constellation australe du Fourneau, HIP 13044 b est donc bel et bien une exoplanète extragalactique, la première dont l'existence semble attestée. D'autres candidates avaient déjà été proposées suite à des observations d'effets de microlentille gravitationnelle, mais la méthode elle-même ne permettait pas d'apporter une preuve solide. Un seul passage d'un corps céleste devant une étoile, entraînant une brusque mais courte augmentation de sa luminosité, est insuffisant pour conclure de façon certaine à l'existence de ce corps.Dans le cas de HIP 13044 b, c'est la méthode des vitesses radiales qui a de nouveau été employée. Celle-ci permet de détecter une exoplanète par les mouvements d'oscillations que son attraction gravitationnelle provoque sur son étoile hôte. Ces mouvements eux-mêmes causent un décalage spectral par effet Doppler, mesurable avec un spectrographe à haute résolution.On sait donc maintenant qu'il existe une exoplanète orbitant en seulement 16,2 jours, à une distance inférieure à un diamètre stellaire de la surface de l'étoile HIP 13044 (ou 0,055 fois la distance Terre-Soleil) au point le plus proche durant son orbite elliptique, autour de son étoile hôte.

Une exoplanète rescapée de l'enfer ?

Des indices font penser que HIP 13044 b a survécu à l'enfer, tout comme l'exoplanète V391 Pegasi b. L'étoile HIP 13044 est en effet une étoile en fin de vie qui est passée par le stade de géante rouge : elle se trouve maintenant sur la branche horizontale du diagramme HR. Cette branche est peuplée d'étoiles de faibles masses, pauvres en « métaux » (c'est-à-dire, pour un astrophysicien, les noyaux autres que l'hydrogène et l'hélium), où se produisent, au sein du noyau, des réactions de fusion de l'hélium en carbone.HIP 13044 tourne trop vite sur elle-même pour ce genre d'étoile, ce qui suggère un transfert de moment cinétique causé par l'absorption d'une partie de son cortège planétaire. À son stade de géante rouge, quand elle était fortement dilatée, HIP 13044 b aurait donc aussi migré du fait des forces de frottement du gaz des couches supérieures de l'étoile dans lesquelles elle était plongée.En plus de nous fournir des renseignements sur le destin futur de notre Système solaire, cette découverte (qui aurait fait plaisir à Carl Sagan) est intrigante car la pauvreté en métaux de l'étoile cadre mal avec les modèles communément admis pour la formation des planètes.Retrouvez plus de détails sur cette découverte dans un article de Science et dans la vidéo de l'ESOCast 24 sur ce sujet.

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