Dans cette illustration, WD 1856b, une planète géante, tourne autour de son étoile naine blanche tous les jours et demi. © Nasa's Goddard Space Flight Center
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Surprise ! Une exoplanète géante dans la zone d'habitabilité d'une naine blanche

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[EN VIDÉO] La vie et la mort d'une étoile et de ses planètes  Cette vidéo avec des animations retrace les grandes étapes de la naissance et de la vie d’une étoile similaire au Soleil, entourée d’un cortège planétaire jusqu’à sa mort, en reprenant justement le cas du Système solaire. On peut distinguer sept étapes déjà parcourues ou qui restent à parcourir dans son cas, comme le montrent les images de synthèse avec des commentaires en anglais. 

Le télescope Tess a fait une découverte spectaculaire, celle d'une géante gazeuse en orbite tellement rapprochée autour d'une naine blanche qu'elle se retrouve dans sa zone d'habitabilité. Voilà de quoi envisager le destin futur du Système solaire et repousser les limites de l'exobiologie.

Depuis un peu plus de deux siècles, la physique et la chimie n'ont pu se constituer comme sciences, de la thermodynamique à l'optique en passant par celles de l'électricité et du magnétisme (tout étudiant doit absolument lire à ce sujet le livre du prix Nobel Max Born), que parce qu'il était possible d'expérimenter en laboratoire en faisant varier les paramètres des expériences un par un.

Il n'est évidemment pas possible de faire la même chose en astrophysique mais heureusement, les centaines de milliards d'étoiles dans la Voie lactée et les centaines de milliards de galaxies dans l'Univers observable sont des immenses laboratoires naturels où le cosmos fait pour nous toutes les expériences possibles. Il est donc possible de tester nos idées sur la cosmogonie du Système solaire et d'assister au décès de notre Soleil et de son cortège planétaire, si l'on peut dire. On vient d'en avoir une nouvelle preuve comme l'explique une publication dans la revue Nature, fruit du travail de plusieurs astrophysiciens ayant utilisé divers yeux de la noosphère dont le satellite Transiting Exoplanet Survey Satellite, le Tess de la Nasa, et le mythique Spitzer, avant sa fin de mission définitive en janvier 2020.

Tess a permis de découvrir par la méthode des transits une exoplanète autour de l'étoile WD 1856 + 534. Bien que pas totalement surprenante, l'existence de cette exoplanète baptisée WD 1856b s'est révélée suffisamment remarquable pour qu'elle soit étudiée de plus près avec le Télescope Gemini North et son miroir de 8,1 mètres situé sur le Mauna Kea (Hawaii). Les études ont alors été faites dans le proche infrarouge.

Le Transiting Exoplanet Survey Satellite (Tess) de la Nasa est le successeur du satellite Kepler, comme lui, un chasseur d'exoplanètes. Voici une de ces dernières découvertes avec l'aide du télescope Spitzer. 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 ». © Nasa Goddard

Une étoile de la taille de la Terre avec une planète aussi grande que Jupiter

Il se trouve que WD 1856+534 est une naine blanche, donc une étoile dont la masse est de l'ordre de grandeur de celle du Soleil mais dont la taille est celle de la Terre. C'est le destin de toutes les naines rouges, et de toutes les naines jaunes comme le Soleil, de devenir ce cadavre stellaire où toutes les réactions thermonucléaires ont cessé après être passées par le stade de géante rouge.

D'ici 5 à 7 milliards d'années, c'est ce qui arrivera au Soleil qui se mettra non seulement à gonfler pour englober au moins l'orbite de Vénus -- et peut-être jusqu'à celle de la Terre -- mais perdra aussi de la masse sous forme de vents stellaires violents. On ne sait donc pas bien non seulement si la Terre survivra et surtout dans quel état. On s'interroge aussi sur le destin des géantes gazeuses et de glace comme Jupiter et Neptune.

Justement, WD 1856b est une géante et sa masse est estimée à environ 13,8 masses de Jupiter tout au plus. En outre, elle tourne autour de son étoile tous les 1,4 jour. Clairement, non seulement l'exoplanète a migré pour être aussi proche, mais elle est en mesure de survivre aux forces de marée de WD 1856 + 534. Quant à sa température de surface, elle est de l'ordre de 17 °C, ce qui est similaire à la température moyenne de la Terre. Ce qui veut dire que la géante est dans la zone d'habitabilité de la naine -- rappelons que la notion de zone d'habitabilité est à manier avec précaution comme l'expliquait à Futura l'astrophysicien Franck Selsis.

Une exolune habitable ?

Voila donc le destin possible des géantes du Système solaire et on peut s'amuser à spéculer sur l’habitabilité d’une éventuelle exolune autour de WD 1856b, par exemple l'équivalent d'une Europe avec sa banquise qui aurait fondu et un océan global qui aurait survécu avec peut-être des formes de vie.

Ce qui est sûr, c'est que c'est la première fois que l'on découvre une exoplanète géante autour d'une naine blanche (à moins que ce ne soit une naine brune, sa masse n'est vraiment pas loin de la masse limite de ces astres) ; ce qui prouve aussi qu'un tel astre peut survivre à une migration planétaire très proche d'une naine blanche au point d'être dans la zone d'habitabilité. Auparavant, on n'avait que des indications indirectes, comme l'expliquait Futura dans le précédent article ci-dessous, et surtout concernant l'existence de disque de poussières pouvant trahir la présence d'une exoplanète rocheuse ayant fini par être détruite en s'approchant trop près de sa naine blanche, là aussi à la suite d'une migration planétaire.

  • Le télescope Tess a fait une découverte spectaculaire, celle d'une géante gazeuse , jusqu'à 14 fois plus massive que Jupiter environ, mais surtout en orbite tellement rapprochée autour d'une naine blanche qu'elle se retrouve dans sa zone d'habitabilité.
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  • La géante boucle son orbite en à peine un jour et demie et se trouve donc si près de son étoile que sa température de surface serait de 17°C.
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  • Elle a clairement migré après la mort de son étoile hôte et elle a survécu tout aussi bien à sa phase géante rouge qu'à sa migration et aux forces de marée de la naine blanche
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  • Voilà de quoi envisager le destin futur du Système solaire et repousser les limites de l'exobiologie car elle possède peut-être une exolune habitable.
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Pour en savoir plus

Il y a bien des planètes autour des naines blanches

Article de Laurent Sacco publié le 21/04/2009

Les disques de poussières entourant des naines blanches trahissent l'existence de systèmes planétaires anciens. Une équipe d'astronomes vient de renforcer cette affirmation. Ces disques démontreraient indirectement l'existence de planètes géantes gazeuses autour d'une petite proportion de la population des naines blanches, et probablement aussi de planètes telluriques.

Jay Farihi est un post-doc en astrophysique à l'université de Leicester, en Grande-Bretagne. Comme sa page personnelle l'indique, il se passionne pour la physique des naines blanches et le destin ultime des systèmes planétaires. Avec ses collègues Michael Jura et Ben Zuckerman, il vient de publier un article (sur Arxive) venant confirmer des conclusions tirées de l'étude en infrarouge de l'environnement proche de certaines naines blanches, celles issus d'étoiles de type A à F sur la séquence principale du diagramme de Hertzsprung-Russell.

L'idée initiale était que si des petits corps célestes comme des astéroïdes étaient soumis aux forces de marée puissantes des naines blanches, leur mise en pièces inéluctable générerait un disque de poussières facilement détectable avec le télescope en orbite observant dans l'infrarouge, Spitzer.

Les naines blanches, dont la masse ne peut dépasser 1,4 fois celle du Soleil d'après les travaux du grand astrophysicien Chandrasekhar, sont le produit final de l'évolution de 90% environ des étoiles. Leur faible diamètre, de l'ordre de celui de la Terre, rend ces astres peu lumineux mais les dote d'un champ de gravitation intense jusqu'à quelques centaines de milliers de kilomètres.

La présence d'un disque de poussières autour d'une naine blanche modifie le spectre (en bleu) de sa lumière. Un spectre de corps noir décalé vers les grandes longueurs d'onde (en rouge) se superpose à celui de la naine blanche. © Nasa / JPL-Caltech / University of Leicester

Un astéroïde passant à une distance de cet ordre sera rapidement disloqué, formant un disque de poussières important. Du fait de la faible luminosité des naines blanches, ce disque devrait être plutôt facile à observer et il s'agit donc d'un bon moyen pour estimer à quel point des systèmes planétaires sont présents dans la Galaxie.

Entre 1 et 3% des naines blanches de type A à F possèderaient des planètes

Si des astéroïdes sont présents, il semble inévitable que des planètes telluriques aient pu se former dans le passé  par des processus d'accrétion à partir de ces petits corps célestes. En outre, les calculs de mécanique céleste le montrent, il est bien plus probable que ces astéroïdes s'aventurent dans la zone de Roche des naines blanches si des planètes géantes sont présentes plutôt que de modestes exoterres.

Dans une étude précédente, Michael Jura et Ben Zuckerman avaient déjà découvert 8 naines blanches entourées de débris et d'un disque de poussières. Avec Jay Farihi, ils viennent donc de porter à 14 le nombre de naines blanches entourées d'un tel disque trahissant dans le domaine infrarouge la présence de débris d'un ancien système planétaire. Statistiquement, cela signifie que de 1 à 3% des naines blanches de types A à F possèdent des exoplanètes. Celles-ci sont très probablement des géantes gazeuses, comme Jupiter et Saturne.

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