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Découverte d'immenses exoanneaux autour d'une super-Saturne

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Selon toute vraisemblance, une équipe d'astrophysiciens a découvert un immense système d'anneaux autour d'une possible super-Saturne (ou naine brune) lorsqu'ils passaient devant la très jeune étoile-parent. La modélisation créée à partir des données d'observations de l'occultation qui s'est produite durant plusieurs semaines en 2007 suggère la formation de satellites naturels. Saturne est sur le point de perdre son trône de « seigneur des anneaux ».

Illustration du vaste système d’anneaux qui entoure la possible super-Saturne ou naine brune J1407b. En passant devant la jeune étoile autour de laquelle elle gravite, la lumière de celle-ci est en partie occultée. © Ron Miller

Dans notre Système solaire, toutes les planètes géantes et gazeuses sont entourées d'anneaux. Parmi elles, c'est assurément Saturne qui arbore les plus remarquables. Leurs multiplicités, leurs dimensions (depuis la surface de Saturne : jusqu'à 180.000 km en comptant l'anneau E et jusqu'à 12 millions de km si on inclut le très discret anneau de Phœbé, découvert en 2009), sans oublier leur éclat sont les attributs qui font son immense beauté et tout son charme. Un spectacle inoubliable pour quiconque a eu (ou aura) l'occasion de l'observer dans un petit ou un grand instrument.

Des exoanneaux 200 fois plus vastes que ceux de Saturne

Mais celle que l'on surnomme parfois « le seigneur des anneaux » a désormais du souci à se faire et pourrait bien perdre son trône... En effet, les premiers exoanneaux de l'histoire dont la découverte fut déclarée en 2012 lors de l'occultation de la très jeune étoile 1SWASP J1407 (ou plus simplement J1407) qui s'est produite en 2007, apparaissent plus importants et massifs qu'escomptés. Dans une nouvelle étude publiée dans The Astrophysical Journal (à retrouver sur arxiv), des chercheurs qui ont réexaminé les données, estiment dorénavant que ce système se composerait d'environ 37 anneaux distincts, chacun s'étendant sur plusieurs millions de km. L'ensemble aurait un rayon de quelque 120 millions de km et serait 200 fois plus vaste que les actuels anneaux de Saturne.

Matthew Kenworthy qui a dirigé cette nouvelle étude raconte : « Les détails que nous avons vus dans la courbe de lumière sont incroyables. L'éclipse (de l'étoile-parent, NDLR) a duré plusieurs semaines, mais on voyait des changements rapides sur des échelles de temps de dizaines de minutes ce qui résulte de structures fines dans les anneaux ». Le chercheur à l'observatoire de Leiden, aux Pays-Bas, convient que « l'étoile est beaucoup trop éloignée (environ 420 années-lumière, NDLR) pour qu'on puisse observer directement les anneaux, mais nous avons pu faire un modèle détaillé basé sur les rapides variations de luminosité créées lorsque la lumière de l'étoile passait à travers le système d'anneaux. » Il ajoute que « si nous pouvions remplacer les anneaux de Saturne par ceux de J1407b, ils seraient faciles à observer de nuit et apparaitraient beaucoup plus larges que la Pleine Lune ».

Modélisation de la multitude d’exoanneaux qui encerclent l’astre J1407b (super-Saturne ou naine brune) créé à partir des courbes de lumière partiellement observées en avril 2007 lorsque le système annulaire passé devant l’étoile-parent J1407. © M. Kenworthy, E. Mamajek

Super-Saturne

La masse de J1407b, l'astre ceint de ces exoanneaux qui gravite autour de l'étoile (J1407 serait âgée de seulement16 millions d'années) en une dizaine d'années, n'est pas encore connue avec précision. Entre 10 et 40 fois celle de Jupiter, selon les estimations. Il s'agirait, selon toute vraisemblance d'une super-Saturne voire d'une potentielle naine brune.

Quant à la quantité de particules qu'amalgament les anneaux, les chercheurs ont calculé qu'elle équivaut à la masse de la Terre« Si nous pouvions réduire en poussière et glace les quatre satellites galiléens de Jupiter (Io, Europe, Ganymède et Callisto, NDLR) et les disperser autour de la planète géante, les anneaux ainsi constitués seraient si opaques qu'un observateur distant qui les verrait passer devant le Soleil observerait une profonde éclipse qui durerait plusieurs jours » commente Éric Mamajek (université de Rochester) qui a contribué à ces recherches et dirigé l'équipe qui a mis en évidence ce surprenant système voici presque trois ans. « Dans le cas de J1407, nous voyons les anneaux occulter plus de 95 % de la lumière de cette jeune étoile qui ressemble au Soleil (0,9 masse solaire, NDLR) durant plusieurs jours, concluant qu'il y a donc là-bas beaucoup de matière qui pourrait former des satellites ».

À cet égard, les chasseurs d'exoplanètes ont identifié au moins une lacune importante dans les anneaux, un sillon creusé par un probable protosatellite, à environ 61 millions de km. « Sa masse (selon le modèle) pourrait être comprise entre celle de la Terre et celle de Mars, déclare Matthew Kenworthy et (...) sa période orbitale autour de J1407b serait d'environ deux ans ».

Maintenant, il ne reste plus qu'à patienter quelques millions d'années pour voir les anneaux s'affiner et une multitude de lunes en émerger... « C'est le premier cliché d'une formation de satellite naturel sur une échelle de plusieurs millions de km autour d'un objet sous-stellaire » explique Mamajek. Son collègue ajoute que « c'est la seule possibilité que nous avons d'observer les conditions primitives de la formation de satellites dans un futur proche. Les éclipses de J1407 vont nous permettre d'étudier les propriétés physiques et chimiques de lunes qui se fraient un chemin dans un disque circumplanétaire ».

Enfin, l'équipe de chercheurs sollicite l'aide des astronomes amateurs les mieux équipés pour traquer la prochaine éclipse par les anneaux et tenter de mieux caractériser la masse de cet astre compagnon en pleine transformation.

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