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Le plus vieux système planétaire connu a 11 milliards d'années

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Une équipe de chercheurs a découvert cinq petites exoplanètes en orbite autour d'une étoile âgée de plus de 11 milliards d'années. C'est le plus ancien système extrasolaire de ce type connu dans notre Galaxie. Une belle surprise pour les astrophysiciens qui n'imaginaient pas trouver de planètes rocheuses de taille inférieure ou égale à la Terre autour d'un astre né lorsque l'Univers n'avait encore que 20 % de son âge actuel.

Illustration extraite de la vidéo (voir plus bas) montrant les planètes telluriques qui gravitent très près autour de l’étoile Kepler-444, distante de 117 années-lumière de la Terre. © Tiago Campante, Peter Devine

La chasse aux planètes extrasolaires menée avec le satellite Kepler continue. Quelques semaines après l'annonce par la Nasa de sa millième exoplanète découverte par transit et celle, début 2015, de huit nouvelles exoterres candidates, une équipe d'astrophysiciens a publié en ligne le 27 janvier, un article dans The Astrophysical Journal qui décrit un système de cinq planètes rocheuses en orbite autour d'une étoile âgée de... 11,2 milliards d'années (plus ou moins un milliard d'années). Soit plus du double de l'âge de notre naine jaune, le Soleil. Il s'agit, à ce jour, du plus vieux système extrasolaire — composé de planètes telluriques — que nous connaissions dans la Galaxie.

L'étoile Kepler-444, distante de 117 années-lumière de notre Système solaire, est presque une voisine. Elle appartient à la famille des naines orange. Elle est approximativement 25 % plus petite et moins massive que notre Soleil et brûle plus lentement ses réserves d'hydrogène, si bien que son espérance de vie peut atteindre 30 milliards d'années, soit trois fois celle de notre étoile !

L'équipe de chercheurs a fait appel à l'astérosismologie pour estimer son âge vénérable. Ils ont en effet étudié ses variations de luminosité au cours des quatre années d'observation de Kepler afin de calculer la vitesse de propagation du son dans ses couches internes. Cette méthode leur ainsi permis d'évaluer ses proportions d'hydrogène et d'hélium, élément très abondant dans le cosmos quelque 2,5 milliards d'années après le Big bang. Cela leur a permis de déterminer sa date de naissance... C'était il y a environ 11,2 milliards d'années, lorsque l'Univers n'avait encore que 20 % de son âge actuel (13,8 milliards d'années).

Animation de l’orbite des cinq exoplanètes rocheuses (entre 0,4 et 0,7 fois la taille de Terre) qui gravitent autour de la naine orange Kepler-444, âgée de plus ou moins 11,2 milliards d’années. © Tiago Campante, Peter Devine

Des planètes rocheuses existaient déjà au sein de l’Univers jeune

Kepler-444 a vu croître la Voie lactée et naître notre Soleil et ses planètes, voici 4,6 milliards d'années. « Tandis que la Terre était en train de se former, les planètes dans ce système étaient déjà aussi âgées que nos planètes le sont aujourd'hui », commente Bill Chaplin (université de Birmingham), coauteur de l'article.

La principale bonne nouvelle de cette découverte est que des planètes de taille inférieure ou égale à celle de la Terre pouvaient déjà exister autour d'astres pauvres en éléments lourds. Au cours de cette période, en effet, la nucléosynthèse des premières générations d'étoiles n'avait pas encore suffisamment ensemencé l'Univers de ces éléments, ce qui se traduit par une « métallicité » différente, relativement pauvre, de celles nées plus récemment.

« Nous savions que les petites planètes pourraient exister autour d'étoiles de quelconque métallicité, déclare Tiago Campante, chercheur en astérosismologie à l'université de Birmingham qui a cosigné l'étude, mais nous ne savions pas vraiment si cela pouvait descendre jusqu'aux planètes de tailles terrestres. » Les mesures spectroscopiques effectuées indiquent que l'étoile est pauvre en fer. Aussi, les chercheurs présument que ces planètes sont composées essentiellement de matériaux plus légers comme le carbone, le silicium, le soufre et l'azote.

Des mondes inhospitaliers

Les cinq exoplanètes révélées par le satellite lors de leurs transits devant Kepler-444 ont une taille comprise entre 0,4 et 0,74 fois celle de la Terre. Toutes gravitent à moins de 12 millions de km de l'étoile, en quelque 9,7 jours pour Kepler-444f, la plus éloignée, et seulement 3,6 jours pour Kepler-444b, la plus proche. En comparaison, la plus petite distance entre notre petite Mercure et le Soleil est de 46 millions de km. Il va sans dire que leur grande proximité avec l'astre-parent qui les éclaire interdit toute forme de vie d'exister.

Néanmoins, débusquer des planètes solides qui se sont formées au cours de l'enfance de la Voie lactée laisse supposer qu'il y en a beaucoup d'autres, dont certaines seraient bien entendu plus froides, voire dans la zone d'habitabilité... « Si la vie a besoin de temps pour se développer ou beaucoup d'endroits pour essayer de se développer, avoir des planètes rocheuses aussi tôt dans l'histoire de la Galaxie signifie que les planètes avec des civilisations avancées pourraient être partout », suppose Travis Metcalfe de l'institut de science spatiale à Boulder, Colorado.

Les chercheurs vont continuer d'étudier le système extrasolaire à l'observatoire Keck à Hawaï afin de mieux connaître et caractériser leurs masses et les influences gravitationnelles de l'étoile sur ces planètes. Les données « aideront aussi les scientifiques à mieux modéliser comment et quand les planètes se sont formées dans notre Galaxie et l'Univers », estime l'astrobiologiste Natalie Batalha (Ames Research Center de la Nasa).

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