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L'exoplanète 51 Eridani b, une jeune Jupiter, observée en direct

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Grâce au nouveau spectrographe GPI du télescope Gemini-South, des astronomes ont obtenu la meilleure image directe d'une exoplanète deux fois plus massive que Jupiter orbitant autour d'une étoile âgée de seulement 20 millions d'années. C'est parce qu'elle est très jeune et encore en cours de refroidissement que le défi a pu être relevé. Quelque 600 jeunes étoiles similaires dans notre voisinage seront ainsi sondées dans l'infrarouge au cours des prochains mois. Distante de 100 années-lumière, 51 Eridani b arbore les traits de Jupiter dans sa jeunesse.

Illustration de la jeune 51 Eridani b observée dans l’infrarouge. L’exoplanète géante et gazeuse, formée il y a moins de 20 millions d’années, est deux fois plus massive que Jupiter. © Danielle Futselaar & Franck Marchis, Seti Institute

Avec le nouveau spectrographe GPI (Gemini Planet Imager) installé au foyer du télescope géant Gemini-South de 8,1 m de diamètre, au sommet du Cerro Pachón (2.722 m) au Chili, et grâce à l'optique adaptative, les chasseurs d'exoplanètes sont en mesure d'observer quelques « proies » directement par la lumière qu'elles émettent. Une technique différente de la détection par transit qui permet de caractériser ces mondes reculés. Certes, ces objets lointains sont noyés dans la lumière de leur étoile parent, plus d'un million de fois plus brillantes, mais l'instrument mis au point permet aux chercheurs de disséquer simultanément plusieurs longueurs d'onde dans le domaine de l'infrarouge.

Dans le cadre du programme GPIES (GPI Exoplanet Survey), les chercheurs ont ainsi prévu de sonder trois ans durant un panel de 600 jeunes étoiles susceptibles d'avoir des planètes, dans un rayon de 300 années-lumière du Soleil, c'est-à-dire dans le même quartier que nous au sein de notre galaxie, la Voie lactée. À ce jour, 20 % des observations ont été réalisées depuis la mise en service du nouveau GPI.

L'une de ces étoiles, la très jeune 51 Eridani — 20 millions d'années seulement — tient au chaud sous son aile, une planète géante et gazeuse, deux fois plus massive que notre Jupiter. C'est la meilleure image directe réalisée à ce jour d'une planète de cette taille (on n'a pas encore vu plus petit). Cela se passe à environ 100 années-lumière de chez nous, en direction de la constellation de l'Éridan.

« Depuis mon enfance, je rêve de planètes autour d'autres étoiles et des possibilités d'y trouver de la vie, raconte Fredrik Rantakyro, membre de l'équipe de GPI. En tant qu'astronome, il est commun de travailler avec des télescopes dernier cri mais pas de faire battre votre cœur plus vite. C'est exactement ce qui s'est passé avec cette découverte d'un frère de Jupiterqui devient réalité ».

L’étoile 51 Eridani et son environnement imagé dans le proche infrarouge avec le nouveau GPI, le 18 décembre 2014. La très jeune étoile a été volontairement gommée afin de mettre en évidence la planète géante (b). © J. Rameau (UdeM), C. Marois (NRC Herzberg)

Une jeune planète géante et gazeuse composée de méthane

Nous découvrons en quelque sorte, et quasiment en direct (enfin, avec un siècle de retard), ce qui s'est passé avec Jupiter autour de notre Soleil (lorsqu'il était très jeune), il y a 4,5 milliards d'années. 51 Eridani b, c'est son nom, gravite à près de 2 milliards de kilomètres de son étoile. Cela représente 13 unités astronomiques (13 fois la distance Terre-Soleil), soit un peu plus loin que l'orbite de Saturne.

Elle évoque aux chercheurs qui ont publié leur étude dans l'édition du 13 août 2015 de la revue Science, notre plus grosse planète gazeuse, vraisemblablement la première à se former dans le Système solaire primitif. Chauffée par les multiples collisions de planétésimaux, cette planète est à présent en train de se refroidir progressivement. Cela peut durer une centaine de millions d'années et la période est donc propice pour la rendre détectable dans l'infrarouge avec cette nouvelle technologie. Sa température actuelle affiche 430 °C.

L'étude de son atmosphère a révélé la présence importante de méthane, une caractéristique commune avec nos géantes gazeuses, ce qui la rapproche donc un peu plus de ses vieilles cousines du Système solaire« La plupart des exoplanètes que les astronomes ont imagées auparavant ont une atmosphère qui ressemble à celles d'étoiles très froides. Celle-ci ressemble quant à elle à une planète », indique Bruce Macintosh (université de Stanford) qui a dirigé la construction du GPI. Pour son collègue, James Graham (UC Berkeley) en charge de l'instrument : « C'est exactement le genre de système que nous envisagions de découvrir lorsque nous avons mis au point le GPI ».

« Ce superbe résultat est la démonstration claire des remarquables capacités d'imagerie et de spectroscopie du GPI, commente Chris Davis qui supervise la fondation de l'observatoire Gemini. Le sondage d'exoplanètes est maintenant possible avec Gemini qui va indubitablement conduire à une meilleure compréhension des gazeuses géantes qui orbitent autour des étoiles voisines, les caractéristiques de leurs atmosphères et, à terme, la façon dont ces planètes géantes semblables à Jupiter et Saturne se sont formées ».

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