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Exoplanète : les saisons seraient chaotiques sur Kepler-413b

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La mécanique céleste des exoplanètes est sur le point de devenir un nouveau terrain de jeu des astronomes après celui des planètes et des lunes du Système solaire. L'axe perpendiculaire au plan orbital de Kepler-413b précesse en 11 ans, et on suspecte qu'il en est de même pour l'axe de rotation de l'exoplanète. Si tel est le cas, la succession des saisons doit y être tout sauf régulière. Remarquablement aussi, cet axe de rotation suivrait alors les lois de Cassini expliquant les librations de la Lune.

Vue d'artiste de Kepler en plein travail, enregistrant la courbe de luminosité d'une étoile et y découvrant un transit planétaire. On peut exploiter les anomalies de tels transits pour découvrir des exoplanètes qui ne transitent jamais, et même estimer leur masse. Aujourd'hui, on en a déduit l'existence probable de mouvements satisfaisant aux lois de Cassini pour une exoplanète. © Nasa

Kepler-413b est une super-Neptune (environ 65 masses terrestres) découverte, comme son nom l'indique, à l'aide de la méthode du transit planétaire grâce au satellite Kepler. Elle se trouve dans la constellation du Cygne. Jusque-là, rien de bien singulier ni de très intéressant pour un exobiologiste. C'est d'autant plus le cas qu'elle orbite en 66 jours autour d'un système binaire, formé d'une naine rouge et d'une naine orange, légèrement plus près que le bord intérieur de sa zone d'habitabilité. On pourrait bien sûr suivre Carl Sagan dans ses spéculations sur l'existence de formes de vie ressemblant à des méduses, flottant dans l'atmosphère d'une géante gazeuse dans une zone où les conditions de pression et de température permettraient à des extrêmophiles exotiques de se développer. Mais à priori, aucune chance d'y trouver une civilisation intelligente à 2.300 années-lumière de la Terre et qui aurait pu laisser un monolithe noir sur la Lune.

Pourtant, Kepler-413b a surpris les astronomes de plusieurs façons. Ils ont commencé par faire sa découverte en détectant les trois transits périodiques requis pour cela sur une durée de 180 jours, mais le quatrième s'est fait attendre. Au lieu de se produire 66 jours après le troisième, il a fallu patienter 800 jours, puis ce sont cinq transits qui ont été observés. Il en fallait plus pour déjouer la sagacité des mécaniciens célestes, qui sont bien armés depuis le XIXe siècle grâce aux travaux de mathématiciens comme Lagrange et Poincaré.

L'axe du plan orbital de Kepler-413b précesse avec une période de 11 ans. C'est pour cette raison que les transits planétaires de cette exoplanète sont apparus aussi particuliers. On pense que l'axe de rotation lui-même devrait précesser, mais en suivant les fameuses lois de Cassini découvertes avec les mouvements de libration de la Lune. © Nasa, Esa, A. Feild (STScI)

Système triple ou autre exoplanète ?

Comme l'avait envisagé dès 1994 l'astronome Jean Schneider pour une exoplanète en orbite autour d'une étoile binaire à éclipse, il s'est avéré que l'axe perpendiculaire au plan orbital de Kepler-413b effectue un mouvement de précession dont la période est de 11 ans. Ce plan est incliné de 2,5° par rapport à l'orbite de l'étoile binaire. D'autre part, et c'est probablement la conclusion la plus importante, l'axe de rotation de Kepler-413b sur elle-même pourrait précesser lui aussi avec une période d'environ 11 ans. Comme l'expliquent les chercheurs dans un article en accès libre sur arxiv, ce mouvement de précession accompagnerait le fait que comme l'axe de rotation de la Lune avec ses librations, celui de Kepler-413b obéirait probablement aux trois lois de Cassini.

Si la Terre effectuait le même mouvement que l'exoplanète, les saisons subiraient des changements rapides et erratiques. Ce n'est heureusement pas le cas pour notre planète, dont l'axe de rotation effectue un mouvement de précession avec une période de 26.000 ans environ. Il n'en reste pas moins que ce mouvement est l'une des causes des glaciations périodiques au quaternaire, selon la théorie découverte et formulée par l'astronome serbe Milutin Milankovitch au début du XXe siècle (il a fallu attendre 1976 pour que cette théorie s'impose grâce aux archives sédimentaires des océans ouvertes par les carottages profonds).

Le prochain transit de Kepler-413b ne devrait pas être observable avant 2020. Cheops et Tess devraient alors être en orbite et pourraient vérifier cette prédiction. Pour la mission Plato, il faudra attendre 2026 voire 2027. Les astronomes ne sont de toute façon pas certains des causes des mouvements complexes de Kepler-413b. Ils pourraient trahir l'existence d'une troisième étoile trop peu lumineuse et trop éloignée pour que l'on ait encore pu l'associer aux deux autres étoiles sous la forme d'un système triple. Des perturbations gravitationnelles causées par une autre exoplanète, elle aussi à découvrir, ne sont évidemment pas exclues.

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