Alors que les scientifiques pensaient avoir identifié une nouvelle planète par-delà les confins de notre Système solaire en 2008, celle-ci avait soudainement et complètement disparu des capteurs du télescope Hubble en 2014. Une nouvelle étude propose une explication quant au sort de Fomalhaut b.

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Découverte grâce à des données collectées en 2004 et 2006, Fomalhaut b est présentée au public en 2008. Alors que les exoplanètesexoplanètes sont généralement mises au jour par des méthodes de détection indirectes, tels la méthode du transit planétaireméthode du transit planétaire ou les effets de microlentille gravitationnelle, Fomalhaut b avait fait l'objet d'observations directes grâce au télescope Hubbletélescope Hubble. Celle-ci se présentait comme un point mouvant, visible au cours de plusieurs années par le télescope spatial, jusqu'à sa disparition en 2014.

Un nuage de poussière géant

Afin d'expliquer le sort de Fomalhaut b, une équipe de chercheurs de l'université de l'Arizona a tout bonnement choisi de laisser de côté l'hypothèse de l'exoplanète. Leur proposition : l'objet photographié pour la première fois en 2004 serait en réalité un gigantesque nuagenuage de poussière, issu de la collision de deux corps orbitant autour de l'étoileétoile Fomalhaut. Très tôt durant son observation, Fomalhaut b a posé plusieurs questions inattendues aux astronomesastronomes. Pourquoi la planète n'émettait-elle aucun rayonnement infrarougeinfrarouge ? Était-elle entourée d'un vaste anneau de poussière bloquant l'accès à sa signature thermique ? Et pourquoi sa trajectoire était-elle si excentriqueexcentrique, suggérant que Fomalhaut b semblait s'échapper de son système plutôt que d'orbiterorbiter paisiblement autour de son étoile ?

« Notre étude, qui a analysé toutes les données d'archive collectées par Hubble sur Fomalhaut, a révélé diverses caractéristiques qui, ensemble, suggèrent que cet objet de la taille d'une planète n'a possiblement jamais existé », explique András Gáspár, coauteur de l'étude parue dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences. Une théorie qui semble confirmée par la disparition de Fomalhaut b, 10 ans après sa première détection. 

Vue d'artiste de la collision autour de l'étoile Fomalhaut © ESA, Nasa, M. Kornmesser
Vue d'artiste de la collision autour de l'étoile Fomalhaut © ESA, Nasa, M. Kornmesser

Un spectacle cosmique à nul autre pareil

De futures observations seront nécessaires pour valider l'hypothèse du nuage de poussière issu d'une collision, mais l'enthousiasme des chercheurs n'en est pas moindre. « Ces collisions sont extrêmement rares ; il est donc exceptionnel que nous parvenions à en observer une », commente Gáspár. « Nous pensons que nous nous sommes trouvés au bon endroit au bon moment pour témoigner d'un événement improbable grâce au télescope Hubble de la NasaNasa. » Le nuage, constitué de particules de poussière d'à peine un micronmicron, se serait progressivement dispersé pour atteindre une taille supérieure à celle de l'orbiteorbite terrestre autour du SoleilSoleil. D'après Gáspár, il se serait désormais tellement dissipé qu'il en serait devenu indétectable pour les capteurscapteurs de Hubble. Néanmoins, l'équipe a confiance en ses résultats qui ont, selon elle, répondu aux nombreuses questions posées par le passé par la présumée Fomalhaut b.

Bien que les données confirment l'existence de collisions similaires dans d'autres systèmes, aucun événement d'une telle amplitude n'a jamais été observé dans notre Système solaireSystème solaire. Si les observations futures du télescope spatial James-Webbtélescope spatial James-Webb donnent raison aux chercheurs, nous aurions alors sous les yeuxyeux un formidable laboratoire nous permettant d'étudier la formation des systèmes stellairessystèmes stellaires ainsi que la manière dont deux corps massifs s'annihilent dans l'espace.

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Fomalhaut b, une exoplanète saisie dans le visible par Hubble

Article de Laurent SaccoLaurent Sacco, publié le 14/11/2008

La patience a payé pour un groupe d'astronomes américains. En étudiant avec le télescope Hubble durant plusieurs années l'étoile Fomalhaut située à seulement 25 années-lumièreannées-lumière de la TerreTerre, les chercheurs ont obtenu les premières images dans le visible d'une exoplanète trois fois plus massive que JupiterJupiter, Fomalhaut b.

Étoile principale d'une constellationconstellation de l'hémisphère sudhémisphère sud, le PoissonPoisson Austral, Fomalhaut est connue depuis la plus haute antiquité, avant de devenir l'objet de l'attention des chasseurs d'exoplanètes dès le début des années 1980. A cette époque, le satellite de la Nasa, IRAS (Infrared Astronomy Satellite) détecte en infrarouge la signature d'une grande quantité de poussières, pouvant s'interpréter comme due à la présence d’un système planétaire.

Dès 2004, déjà avec Hubble, la même technique de coronographie, bien connue en physiquephysique solaire, avait montré que Fomalhaut était entourée d'un anneau de débris et de poussières laissés par un disque protoplanétairedisque protoplanétaire, ressemblant beaucoup à la ceinture de Kuiperceinture de Kuiper de notre propre système solaire, riche en poussières, comètescomètes et petites planètespetites planètes, désormais appelées plutoïdes.

Fomalhaut est une étoile jeune puisqu'elle ne doit être âgée que de 200 à 300 millions d'années. Toutefois, elle est de type A sur la séquence principaleséquence principale et donc plus chaude que notre Soleil. Le taux de ses réactions nucléairesréactions nucléaires est bien plus élevé, ce qui signifie qu'elle devrait épuiser son carburant nucléaire en un milliard d'années environ. Seize fois plus brillante que notre Soleil, elle aura donc une existence dix fois plus courte.

Cliquez pour agrandir. L'étoile Fomalhaut dans la constellation du Poisson Austral. Crédit : A. Fujii, NASA, ESA, and Z. Levay (STScI)
Cliquez pour agrandir. L'étoile Fomalhaut dans la constellation du Poisson Austral. Crédit : A. Fujii, NASA, ESA, and Z. Levay (STScI)

Etant très lumineuse, plus que le Soleil, la détection autour d'elle d'une planète n'est donc pas chose aisée et c'est une performance extraordinaire que viennent d'accomplir Paul Kalas et ses collègues.

Déjà en 2005, celui-ci avait proposé que la structure bien particulière de l'anneau de poussières détecté impliquait la présence d'un planète géanteplanète géante, proche de celui-ci, exerçant son influence gravitationnelle. En  particulier, le centre de l'orbite de l'anneau ne coïncident pas avec celui de l'étoile, de plus les bords nets de ce dernier s'expliquaient bien là aussi, si l'on compare les effets gravitationnels confinant des satellites bergers des anneaux de Saturneanneaux de Saturne, par la présence proche d'une planète.

Pour en avoir le cœur net, les astronomes ont occulté la lumière centrale de l'étoile avec le coronographecoronographe équipant Hubble afin de détecter une éventuelle exoplanète dont la luminositéluminosité pouvait être au moins un milliard de fois plus faible que celle de son étoile hôtehôte. Ils avaient alors noté la présence de zones un peu plus brillantes autour de l'étoile qui pouvaient être des planète. De fait, en 2006, de nouvelles images montraient clairement qu'une de ces taches brillantes s'était déplacée par rapport à l'étoile.

Cliquez pour agrandir. L'image prise avec le coronographe de Hubble montre l'anneau de poussières autour de Fomallhaut. Le zoom montre une tache brillante se déplaçant de 2004 à 2006 selon une orbite autour de l'étoile . C'est Fomalhaut b. Crédit : <em>NASA, ESA, P. Kalas, J. Graham, E. Chiang, E. Kite (University of California, Berkeley), M. Clampin (NASA Goddard Space Flight Center), M. Fitzgerald (Lawrence Livermore National Laboratory), and K. Stapelfeldt and J. Krist (NASA Jet Propulsion Laboratory)</em>
Cliquez pour agrandir. L'image prise avec le coronographe de Hubble montre l'anneau de poussières autour de Fomallhaut. Le zoom montre une tache brillante se déplaçant de 2004 à 2006 selon une orbite autour de l'étoile . C'est Fomalhaut b. Crédit : NASA, ESA, P. Kalas, J. Graham, E. Chiang, E. Kite (University of California, Berkeley), M. Clampin (NASA Goddard Space Flight Center), M. Fitzgerald (Lawrence Livermore National Laboratory), and K. Stapelfeldt and J. Krist (NASA Jet Propulsion Laboratory)

Les études et les analyses ont montré qu'il s'agissait bien d'un objet en orbite autour de Fomalhaut et qui suivait les lois de Keplerlois de Kepler. Située à 119 unités astronomiquesunités astronomiques (UA) de son étoile, c'est-à-dire environ 10 fois la distance du Soleil à Saturne,  Fomalhaut b ne l'est que de 18 AU du bord interne de l'anneau de poussières. Après quatre mois d'analyse des données observationnelles concernant la stabilité de l'anneau de poussières, en conjonctionconjonction avec des modélisationsmodélisations de l'influence de Fomalhaut b sur celui-ci, une estimation de la massemasse de l'exoplanète a été obtenue. Elle est de 3 fois celle de Jupiter mais ne peut guère la dépasser, sans quoi l'anneau serait distordu et verrait même son existence impossible.

Cliquez pour agrandir. Une vue d'artiste de Fomalhaut b. Crédit : <em>ESA, NASA, and L. Calcada (ESO for STScI</em>)
Cliquez pour agrandir. Une vue d'artiste de Fomalhaut b. Crédit : ESA, NASA, and L. Calcada (ESO for STScI)

Remarquablement, la luminosité dans le visible de la planète est anormalement élevée, ce qui suggère l'existence autour d'elle d'un système d'anneaux constitués de glace réfléchissant la lumière, comme dans le cas de Saturne, mais d'une toute autre ampleur !

En revanche, comme une jeune planète géante, elle devrait rayonner assez fortement dans l'infrarouge (IR) puisqu'elle est encore en plein processus de contraction gravitationnelle selon le mécanisme de Kelvin-Helmholtz. Des tentatives d'observations au sol en IR sont en cours. Les renseignements sur la composition de l'atmosphèreatmosphère de cette exoplanètes que l'on en tirerait seraient précieux pour comprendre l'évolution primitive des planètes géantes du système solaire.

Cliquez pour agrandir. Une comparaison entre le système de Fomalhaut et le notre. Crédit : <em>NASA, ESA, and A. Feild (STScI)</em>
Cliquez pour agrandir. Une comparaison entre le système de Fomalhaut et le notre. Crédit : NASA, ESA, and A. Feild (STScI)

Comme NeptuneNeptune et UranusUranus, Fomalhaut b est probablement née plus proche de son soleil et a ensuite migré vers l'extérieur par le jeu des interactions gravitationnelles à N corps, donc vraisemblablement avec des plus petites planètes.

Une telle observation est très encourageante car elles nous montrent que la prochaine génération de télescopes dédiée à l'étude des exoplanètes, et qui va bientôt être opérationnelle, ne devrait pas manquer de nous donner rapidement des informations et des images extraordinaires, levant un coin du voile sur notre origine et notre place dans l'UniversUnivers.