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La première exolune a peut-être été découverte

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En juin 2011, un système binaire a été repéré par effet de microlentille gravitationnelle. Cette détection pourrait être la première observation d'une exolune, donc un satellite d'une exoplanète. Sa masse serait inférieure à celle de la Terre. Malheureusement, une nouvelle observation d'un transit est impossible et, de plus, ce système pourrait tout aussi bien être constitué d'une étoile peu brillante et d'une exoplanète. L'événement montre cependant que nous sommes au seuil de la découverte d'exolunes dans les données archivées de Kepler.

Une vue d'artiste d'une exolune habitable orbitant autour d'une exoplanète géante. Celle qui a peut-être été détectée par les astronomes ne serait en revanche pas éclairée par la lumière d'un soleil. Elle orbiterait autour d'une exoplanète nomade. © Nasa

Une équipe internationale d'astronomes a récemment déposé sur arxiv un article qui doit galvaniser les chasseurs d'exolunes et en particulier David Kipping, en charge des recherches effectuées sur ce sujet parmi les données de Kepler. Bien évidemment, personne ne peut rester indifférent à l'idée que la Pandora d'Avatar est plus qu'une belle idée de science-fiction. Tout a commencé avec un programme d'observation mené avec le télescope de 1,8 m du Mt John en Nouvelle-Zélande. La collaboration Microlensing Observations in Astrophysics (Moa) s'en sert pour détecter des effets de microlentilles gravitationnelles. Le but principal est la détection d'exoplanètes.

Comment une telle découverte est-elle possible ? Lorsqu'un corps céleste passe devant une source de lumière, son champ gravitationnel courbe les rayons qui en sont issus, à la façon d'une lentille. On savait déjà que la gravitation pouvait dévier des rayons lumineux comme les observations d'Eddington l'avaient montré en 1919, lors de la célèbre éclipse qui servit de test à la relativité générale. Mais il avait fallu plus de quinze années avant que le Tchèque Rudi Mandl n'en déduise la conséquence naturelle de cette observation et suggère à Albert Einstein qu'il puisse exister dans l'espace de véritables lentilles gravitationnelles. Ce dernier publia donc une petite note en 1936 (on sait maintenant que le physicien russe Orest Khvolson avait déjà publié la même idée en 1924) avec des calculs simples, en concluant : « bien sûr, il n'y a aucun espoir d'observer directement ce phénomène ».

Une méthode pour chasser exoplanète et exolunes

En plus d'avoir oublier qu'il avait en fait devancé Mandl en 1912 dans un de ses carnet de notes Einstein avait été trop pessimiste. Depuis des dizaines d'années, ce phénomène est employé par les astronomes pour percer les mystères de la matière noire, analyser le rayonnement fossile et même détecter des corps célestes ordinairement invisibles.

Les schémas expliquant la découverte d'exoplanètes à l'aide de l'effet de microlentille gravitationnelle (gravitational microlensing en anglais). Des compléments d'explications sont dans le texte ci-dessous. © Nasa, Esa, and A. Feild (STScI)

En effet, lorsqu'un corps céleste massif, comme un trou noir, une naine brune ou tout simplement une étoile peu brillante effectue un transit sur la voûte céleste devant une étoile plus brillante, le champ de gravitation du corps céleste se comporte donc comme si on interposait une lentille entre l'étoile brillante et nous. Comme on le voit sur le premier schéma à gauche ci-dessus, la courbe de lumière de l'étoile brillante montre une brusque augmentation temporaire de la luminosité apparente sur quelques dizaines de jours.

Si une exoplanète tourne autour de l'étoile la moins brillante, on observera un second pic de luminosité durant quelques heures, surimposé sur le premier, comme l'expose le deuxième schéma en partant de la gauche. Ici, le schéma de droite montre une courbe de luminosité durant 30 jours, pour une naine rouge passant devant une étoile jaune, avec une exoplanète en transit conduisant à un pic secondaire de luminosité durant huit heures.

Un système binaire énigmatique

C'est donc en mettant en œuvre cette méthode de détection que les membres de Moa ont fait la découverte d'un événement insolite dans la constellation du Sagittaire, en direction du bulbe galactique de la Voie lactée. Baptisé MOA-2011-BLG-262, il laisse les chercheurs perplexes parce qu'ils ne savent pas exactement à quelle distance se trouvent les corps célestes impliqués. Si le phénomène s'est produit à grande distance du Soleil alors il devait s'agir d'un système binaire formé d'une étoile peu lumineuse, éventuellement même une naine brune, autour de laquelle tourne une exoplanète d'une masse comparable à celle de Neptune.

Mais si les deux objets sont moins éloignés, on aurait découvert une exolune dont la masse est de l'ordre de la moitié de celle de la Terre en orbite autour d'une exoplanète nomade (donc inintéressante pour les exobiologistes) environ trois fois plus massive que Jupiter. Ce serait une première.

Les astronomes sont prudents. Si la dernière hypothèse est celle qui s'accorde le mieux avec les observations, elle est aussi la moins probable selon eux. Il n'en reste pas moins que la preuve est faite que la découverte d'exolunes est bien à notre portée. L'astronome David Kipping rappelle d'ailleurs que parmi les plus de 3.500 candidats au titre d'exoplanètes que Kepler a trouvés, et qui attendent encore une confirmation par la méthode des vitesses radiales, environ 300 ont des caractéristiques orbitales qui les rendent susceptibles d'avoir des exolunes et au moins 150 en auraient bien. La méthode des variations de temps de transit, ou TTV, peut être utilisée pour établir l'existence de ces exolunes.

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