Une équipe européenne d'astronomes [1] a découvert la planète la plus légère connue en orbite autour d'une étoile autre que le soleil (une «exoplanète»).
La nouvelle exoplanète orbite autour de l'étoile brillante mu Arae située dans la constellation du sud de l'autel. C'est la deuxième planète découverte autour de cette étoile et complète une révolution complète en 9,5 jours.
Avec une masse de seulement 14 fois la masse de la Terre, la nouvelle planète se trouve au seuil des plus grandes planètes rocheuses possibles, ce qui en fait un super objet semblable à la Terre. Uranus, la plus petite des planètes géantes du système solaire a une masse similaire. Cependant Uranus et la nouvelle exoplanète diffèrent tellement par leur distance de l'étoile hôte que leur formation et leur structure sont susceptibles d'être très différentes.
Cette découverte a été rendue possible par la précision sans précédent du spectrographe HARPS sur le télescope de 3,6 m de l’ESO à La Silla, qui permet de mesurer les vitesses radiales avec une précision meilleure que 1 m / s. Il s'agit d'une autre démonstration claire du leadership européen dans le domaine de la recherche sur les exoplanètes.
Une machine de chasse aux planètes unique
Depuis la première détection en 1995 d'une planète autour de l'étoile 51 Peg par Michel Mayor et Didier Queloz de l'Observatoire de Genève (Suisse), les astronomes ont appris que notre système solaire n'est pas unique, car plus de 120 planètes géantes en orbite autour d'autres étoiles ont été découvertes principalement par levés à vitesse radiale (cf. ESO PR 13/00, ESO PR 07/01 et ESO PR 03/03).
Cette méthode d'observation fondamentale est basée sur la détection de variations de la vitesse de l'étoile centrale, en raison du changement de direction de l'attraction gravitationnelle d'une exoplanète (invisible) lorsqu'elle orbite autour de l'étoile. L'évaluation des variations de vitesse mesurées permet de déduire l'orbite de la planète, notamment la période et la distance de l'étoile, ainsi qu'une masse minimale [2].
La quête continue des exoplanètes nécessite une instrumentation de mieux en mieux. Dans ce contexte, l'ESO a incontestablement pris la tête avec le nouveau spectrographe HARPS (High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher) du télescope de 3,6 m de l'ESO La Silla Observatory (voir ESO PR 06/03). Offert en octobre 2003 à la communauté des chercheurs des pays membres de l'ESO, cet instrument unique est optimisé pour détecter des planètes en orbite autour d'autres étoiles («exoplanètes») au moyen de mesures de vitesse (radiales) précises avec une précision inégalée de 1 mètre par seconde .
HARPS a été construit par un consortium européen [3] en collaboration avec ESO. Dès le début de son fonctionnement, il a démontré sa très grande efficacité. Par rapport à CORALIE, un autre spectrographe optimisé pour la chasse aux planètes bien connu installé sur le télescope Swiss-Euler de 1,2 m à La Silla (cf. ESO PR 18/98, 12/99, 13/00), les temps d'observation typiques ont été réduits d'un facteur cent et la précision des mesures a été augmentée d'un facteur dix.
Ces améliorations ont ouvert de nouvelles perspectives dans la recherche de planètes extra-solaires et ont établi de nouvelles normes en termes de précision instrumentale.
Le système planétaire autour de mu Arae
L'étoile mu Arae est à environ 50 années-lumière. Cette étoile de type solaire est située dans la constellation méridionale Ara (l'autel) et est suffisamment brillante (5e magnitude) pour être observée à l'œil nu.
Mu Arae était déjà connu pour abriter une planète de la taille de Jupiter avec une période orbitale de 650 jours. Les observations précédentes faisaient également allusion à la présence d'un autre compagnon (une planète ou une étoile) beaucoup plus loin.
Les nouvelles mesures obtenues par les astronomes sur cet objet, combinées aux données d'autres équipes confirment cette image. Mais comme le dit François Bouchy, membre de l'équipe: «Non seulement les nouvelles mesures HARPS ont confirmé ce que nous pensions auparavant savoir sur cette étoile mais elles ont également montré qu'une planète supplémentaire sur orbite courte était présente. Et cette nouvelle planète semble être la plus petite encore découverte autour d'une étoile autre que le soleil. Cela fait de mu Arae un système planétaire très excitant. »
Pendant 8 nuits en juin 2004, mu Arae a été observé à plusieurs reprises et sa vitesse radiale mesurée par HARPS pour obtenir des informations sur l'intérieur de l'étoile. Cette technique dite d'astéro-sismologie (voir ESO PR 15/01) étudie les petites ondes acoustiques qui font périodiquement entrer et sortir la surface de l'étoile. En connaissant la structure interne de l'étoile, les astronomes ont cherché à comprendre l'origine de la quantité inhabituelle d'éléments lourds observée dans son atmosphère stellaire. Cette composition chimique inhabituelle pourrait fournir des informations uniques sur l'histoire de la formation des planètes.
Selon Nuno Santos, un autre membre de l'équipe: «À notre grande surprise, l'analyse des nouvelles mesures a révélé une variation de vitesse radiale avec une période de 9,5 jours au-dessus du signal d'oscillation acoustique!»
Cette découverte a été rendue possible grâce au grand nombre de mesures obtenues lors de la campagne d'astéro-simologie.
À partir de cette date, l'étoile, qui faisait également partie du programme d'enquête du consortium HARPS, a été régulièrement surveillée avec une stratégie d'observation minutieuse pour réduire le «bruit sismique» de l'étoile.
Ces nouvelles données ont confirmé à la fois l'amplitude et la périodicité des variations de vitesse radiale constatées au cours des 8 nuits de juin. Les astronomes se sont retrouvés avec une seule explication convaincante à ce signal périodique: une deuxième planète orbite autour de mu Arae et accomplit une révolution complète en 9,5 jours.
Mais ce n'était pas la seule surprise: de l'amplitude de la vitesse radiale, c'est-à-dire de la taille de l'oscillation induite par l'attraction gravitationnelle de la planète sur l'étoile, les astronomes ont dérivé une masse pour la planète de seulement 14 fois la masse de la Terre ! Il s'agit de la masse d'Uranus, la plus petite des planètes géantes du système solaire.
L'exoplanète nouvellement trouvée établit donc un nouveau record dans la plus petite planète découverte autour d'une étoile de type solaire.
À la frontière
La masse de cette planète la place à la frontière entre les très grandes planètes semblables à la terre (rocheuses) et les planètes géantes.
Comme les modèles actuels de formation planétaire sont encore loin de pouvoir rendre compte de toute la diversité étonnante observée parmi les planètes extrasolaires découvertes, les astronomes ne peuvent que spéculer sur la vraie nature de l'objet actuel. Dans le paradigme actuel de la formation de planètes géantes, un noyau est d'abord formé par l'accrétion de «planétésimaux» solides. Une fois que ce noyau atteint une masse critique, le gaz s'accumule de façon «galopante» et la masse de la planète augmente rapidement. Dans le cas présent, il est peu probable que cette phase ultérieure se soit produite car sinon la planète serait devenue beaucoup plus massive. De plus, des modèles récents ayant montré que la migration raccourcit le temps de formation, il est peu probable que le présent objet ait migré sur de grandes distances et soit resté d'une si petite masse.
Cet objet est donc susceptible d'être une planète à noyau rocheux (et non glacé) entouré d'une petite enveloppe gazeuse (de l'ordre du dixième de la masse totale) et serait donc qualifié de «super-Terre».
Perspectives supplémentaires
Le consortium HARPS, dirigé par Michel Mayor (Observatoire de Genève, Suisse), a reçu 100 nuits d'observation par an pendant une période de 5 ans au télescope ESO de 3,6 m pour effectuer l'une des recherches systématiques les plus ambitieuses d'exoplanètes mises en œuvre jusqu'à présent. à l'échelle mondiale. Dans ce but, le consortium mesure à plusieurs reprises les vitesses de centaines d'étoiles susceptibles d'abriter des systèmes planétaires.
La détection de cette nouvelle planète légère après moins d'un an de fonctionnement démontre le potentiel exceptionnel de HARPS pour détecter des planètes rocheuses sur de courtes orbites. Une analyse plus approfondie montre que les performances obtenues avec HARPS permettent la détection de grandes planètes «telluriques» avec seulement quelques fois la masse de la Terre. Une telle capacité est une amélioration majeure par rapport aux enquêtes précédentes sur la planète. La détection de tels objets rocheux renforce l'intérêt des futures détections de transit depuis l'espace avec des missions comme COROT, Eddington et KEPLER qui pourront mesurer leur rayon.
Plus d'information
La recherche décrite dans ce communiqué de presse a été soumise pour publication à la principale revue astrophysique «Astronomie et astrophysique». Une préimpression est disponible sous forme de fichier postscript sur http://www.oal.ul.pt/~nuno/.
Remarques
[1]: L'équipe est composée de Nuno Santos (Centro de Astronomia e Astrofisica da Universidade de Lisboa, Portugal), François Bouchy et Jean-Pierre Sivan (Laboratoire d'astrophysique de Marseille, France), Michel Mayor, Francesco Pepe , Didier Queloz, St? Phane Udry, et Christophe Lovis (Observatoire de l'Universit? De Gen? Ve, Suisse), Sylvie Vauclair, Michael Bazot (Toulouse, France), Gaspare Lo Curto et Dominique Naef (ESO), Xavier Delfosse (LAOG, Grenoble, France), Willy Benz et Christoph Mordasini (Physikalisches Institut der Universit? T Bern, Suisse), et Jean-Louis Bertaux (Service d'Aéronomie de Verri? Re-le-Buisson, Paris, France) .
[2] Une limitation fondamentale de la méthode de vitesse radiale est l'inconnue de l'inclinaison de l'orbite planétaire qui permet seulement la détermination d'une limite de masse inférieure pour la planète. Cependant, des considérations statistiques indiquent que dans la plupart des cas, la masse réelle ne sera pas beaucoup plus élevée que cette valeur. Les unités de masse des exoplanètes utilisées dans ce texte sont 1 masse Jupiter = 22 masses Uranus = 318 masses Terre; 1 Masse d'Uranus = 14,5 masses terrestres.
[3] HARPS a été conçu et construit par un consortium international d'instituts de recherche, dirigé par l'Observatoire de Genève (Suisse) et comprenant l'Observatoire de Haute-Provence (France), le Physikalisches Institut der Universit? T Bern (Suisse), le Service d'Aéronomie (CNRS, France), ainsi que l'ESO La Silla et l'ESO Garching.
Source d'origine: communiqué de presse de l'ESO
