Une équipe internationale d'astronomes a déterminé avec précision le rayon et la masse de la plus petite étoile à noyau brûlant connue jusqu'à présent.
Les observations ont été effectuées en mars 2004 avec le spectrographe multifibres FLAMES sur le télescope Kueyen VLT de 8,2 m de l'ESO Paranal Observatory (Chili). Ils font partie d'un vaste programme visant à mesurer des vitesses radiales précises pour soixante étoiles pour lesquelles un «creux» de luminosité temporaire a été détecté lors de l'enquête OGLE.
Les astronomes constatent que la baisse observée dans la courbe de lumière de l'étoile connue sous le nom OGLE-TR-122 est causée par un très petit compagnon stellaire, éclipsant cette étoile solaire comme une fois tous les 7,3 jours.
Ce compagnon est 96 fois plus lourd que la planète Jupiter mais seulement 16% plus grand. C'est la première fois que des observations directes démontrent que les étoiles moins massives que 1 / 10ème de la masse solaire sont presque de la même taille que les planètes géantes. Ce fait devra évidemment être pris en compte lors de la recherche actuelle d'exoplanètes en transit.
De plus, les observations avec le Very Large Telescope ont conduit à la découverte de sept nouveaux binaires à éclipses, qui abritent des étoiles avec des masses inférieures au tiers de la masse du Soleil, une véritable aubaine pour les astronomes.
L'enquête OGLE
Lorsqu'une planète passe devant son étoile parente (vue depuis la Terre), elle bloque une petite fraction de la lumière de l'étoile de notre vue [1].
Ces «transits planétaires» sont d'un grand intérêt car ils permettent aux astronomes de mesurer de manière unique la masse et le rayon des exoplanètes. Plusieurs enquêtes sont donc en cours qui tentent de retrouver ces faibles signatures d'autres mondes.
L'un de ces programmes est l'enquête OGLE qui a été conçue à l'origine pour détecter les événements de microlentille en surveillant la luminosité d'un très grand nombre d'étoiles sur des intervalles de temps étendus. Au cours des dernières années, il a également inclus une recherche de «creux» périodiques très peu profonds dans la luminosité des étoiles, causés par le transit régulier de petits objets en orbite (petites étoiles, naines brunes [2] ou planètes de taille Jupiter). L'équipe OGLE a depuis annoncé 177 «candidats au transit planétaire» à partir de son étude de plusieurs centaines de milliers d'étoiles dans trois champs du ciel méridional, une en direction du Centre Galactique, une autre au sein de la constellation Carina et la troisième au sein des constellations Centaurus / Musca.
La nature de l'objet en transit ne peut cependant être établie que par des observations ultérieures de vitesse radiale de l'étoile parente. La taille des variations de vitesse (l'amplitude) est directement liée à la masse de l'objet compagnon et permet donc une discrimination entre les étoiles et les planètes comme cause de la luminosité «dip» observée.
Une aubaine d'étoiles de faible masse
Une équipe internationale d'astronomes [3] a utilisé le télescope Kueyen VLT de 8,2 m pour ce travail. Profitant de la capacité de multiplexage de l'installation FLAMES / UVES qui permet d'obtenir simultanément des spectres haute résolution jusqu'à 8 objets, ils ont examiné 60 étoiles candidates au transit OGLE, mesurant leur vitesse radiale avec une précision d'environ 50 m / s [ 4].
Ce programme ambitieux a jusqu'à présent abouti à la découverte de cinq nouvelles exoplanètes en transit (voir, par exemple, ESO PR 11/04 pour l'annonce de deux d'entre elles).
La plupart des autres candidats au transit identifiés par OGLE se sont avérés être des binaires à éclipses, c'est-à-dire, dans la plupart des cas, des étoiles petites et de faible masse passant devant une étoile solaire. Cette richesse supplémentaire de données sur les petites et légères étoiles est une véritable aubaine pour les astronomes.
Contraindre la relation entre la masse et le rayon
Les étoiles de faible masse sont des objets exceptionnellement intéressants, également parce que les conditions physiques de leur intérieur ont beaucoup en commun avec celles des planètes géantes, comme Jupiter dans notre système solaire. De plus, une détermination des tailles des plus petites étoiles fournit des informations cruciales indirectes sur le comportement de la matière dans des conditions extrêmes [5].
Jusqu'à récemment, très peu d'observations avaient été faites et on en savait peu sur les étoiles de faible masse. Pour le moment, les valeurs exactes des rayons ne sont connues que pour quatre étoiles de masses inférieures au tiers de la masse du Soleil (cf. ESO PR 22/02 pour les mesures effectuées avec le Very Large Telescope Interferometer) et aucune du tout. pour les masses inférieures au huitième d'une masse solaire.
Cette situation est en train de changer radicalement. En effet, les observations avec le Very Large Telescope ont jusqu'à présent conduit à la découverte de sept nouveaux binaires à éclipses, qui abritent des étoiles dont la masse est inférieure au tiers de la masse du Soleil.
Ce nouvel ensemble d'observations triple donc presque le nombre d'étoiles de faible masse pour lesquelles des rayons et des masses précis sont connus. Et encore mieux - l'une de ces étoiles se révèle désormais être la plus petite connue!
Étoiles planétaires
Le gnome stellaire nouvellement trouvé est le compagnon de OGLE-TR-122, une étoile assez éloignée de la galaxie de la Voie Lactée, vue en direction de la constellation du sud de Carina.
Le programme OGLE a révélé que l'OGLE-TR-122 subit une baisse de luminosité de 1,5% une fois tous les 7 jours 6 heures et 27 minutes, chaque fois pendant un peu plus de 3 heures (environ 188 minutes). Les mesures FLAMES / UVES, effectuées durant 6 nuits en mars 2004, révèlent des variations de vitesse radiale de cette période avec une amplitude d'environ 20 km / s. Il s'agit de la signature claire d'une étoile de très faible masse, proche de la limite de combustion d'hydrogène, en orbite autour d'OGLE-TR-122. Ce compagnon a reçu le nom OGLE-TR-122b.
Comme l'explique François Bouchy de l'Observatoire Astronomique Marseille Provence (France): «Combinées aux informations collectées par OGLE, nos données spectroscopiques nous permettent désormais de déterminer la nature de l'étoile la plus massive du système, qui semble être solaire- comme".
Ces informations peuvent ensuite être utilisées pour déterminer la masse et le rayon du compagnon beaucoup plus petit OGLE-TR-122b. En effet, la profondeur (diminution de la luminosité) du transit donne une estimation directe du rapport entre les rayons des deux étoiles, et l'orbite spectroscopique fournit une valeur unique de la masse du compagnon, une fois la masse de la plus grande étoile connue .
Les astronomes constatent que l'OGLE-TR-122b pèse un onzième de la masse du Soleil et a un diamètre qui n'est que d'un huitième du solaire. Ainsi, bien que l'étoile soit encore 96 fois plus massive que Jupiter, elle n'est que 16% plus grande que cette planète géante!
Une étoile dense
"Imaginez que vous ajoutiez 95 fois sa propre masse à Jupiter et que vous vous retrouviez néanmoins avec une étoile qui n'est que légèrement plus grande", suggère Claudio Melo de l'ESO et membre de l'équipe d'astronomes qui a réalisé l'étude. "L'objet rétrécit juste pour faire place à la matière supplémentaire, devenant de plus en plus dense."
La densité d'une telle étoile est plus de 50 fois la densité du Soleil.
«Ce résultat montre l'existence d'étoiles qui ressemblent de façon frappante à des planètes, même de près», souligne Frédéric Pont de l'Observatoire de Genève (Suisse). "N'est-il pas étrange d'imaginer que même si nous recevions des images d'une future sonde spatiale approchant un tel objet à courte distance, il ne serait pas facile de discerner s'il s'agit d'une étoile ou d'une planète?"
Comme toutes les étoiles, l'OGLE-TR-122b produit en effet de l'énergie à l'intérieur par des réactions nucléaires. Cependant, en raison de sa faible masse, cette production d'énergie interne est très faible, surtout par rapport à l'énergie produite par son étoile compagnon solaire.
Le fait que les exoplanètes en orbite très proche de leur étoile hôte, les soi-disant «Jupiters chauds», ont des rayons qui peuvent être plus grands que l'étoile nouvellement trouvée n'est pas moins frappant. Le rayon de l'exoplanète HD209458b, par exemple, est environ 30% plus grand que celui de Jupiter. Il est donc sensiblement plus grand que OGLE-TR-122b!
Masqueraders
Cette découverte a également de profondes implications pour la recherche continue d'exoplanètes. Ces observations démontrent clairement que certains objets stellaires peuvent produire précisément les mêmes signaux photométriques (changements de luminosité) que les planètes transitant comme Jupiter [6]. De plus, la présente étude a montré que de telles étoiles ne sont pas rares.
Des étoiles comme OGLE-TR-122b sont donc des mascarades parmi les exoplanètes géantes et le plus grand soin est nécessaire pour les différencier de leurs cousins planétaires. Découvrir de telles petites étoiles ne peut se faire qu'avec des mesures spectrales de suivi à haute résolution avec les plus grands télescopes. Il reste encore du travail à faire pour le Very Large Telescope!
Plus d'information
Les informations contenues dans ce communiqué de presse sont basées sur un article de recherche qui paraîtra bientôt sous forme de lettre à l'éditeur dans le principal journal de recherche "Astronomy & Astrophysics" ("Une planète de taille planétaire en transit autour de OGLE-TR-122" par F. Pont et al.). Le document est disponible en format PDF sur le site Web A&A.
Remarques
[1]: Les naines brunes, ou «étoiles ratées», sont des objets jusqu'à 75 fois plus massifs que Jupiter. Ils sont trop petits pour que les principaux processus de fusion nucléaire se soient enflammés à l'intérieur.
[2]: Le rayon d'une planète de la taille de Jupiter est environ 10 fois plus petit que celui d'une étoile de type solaire, c'est-à-dire qu'il couvre environ 1/100 de la surface de cette étoile et bloque donc environ 1% de la lumière stellaire pendant le transit.
[3]: L'équipe est composée de Fr? D? Ric Pont, Michel Mayor, Didier Queloz et St? Phane Udry de l'Observatoire de Genève en Suisse, Claudio Melo de l'ESO-Chili, François Bouchy à l'Observatoire Astronomique Marseille Provence en France et Nuno Santos de l'Observatoire astronomique de Lisbonne, Portugal.
[4]: Cela revient à mesurer une vitesse de 180 km / h. Par comparaison, le mouvement du Soleil induit par Jupiter est d'environ 13 m / s ou 47 km / h. Ce mouvement est proportionnel à la masse de la planète et inversement proportionnel à la racine carrée de sa distance à l'étoile.
[5]: Pour une étoile normale comme le Soleil dont la matière se comporte comme un gaz parfait, la taille stellaire est proportionnelle à la masse. Cependant, pour les étoiles de faible masse, les effets quantiques deviennent importants et la matière stellaire devient "dégénérée", résistant beaucoup plus à la compression qu'un gaz parfait. Pour les objets dont la masse est inférieure à 75 fois la masse de Jupiter, c'est-à-dire les naines brunes, la matière est entièrement dégénérée et leur taille ne dépend pas de la masse.
[6]: Notez qu'un objet en transit éloigné - une étoile ou une planète - produira toujours une «baisse» de luminosité, aussi brillante soit-elle. Avant et après le transit, la luminosité enregistrée est égale à la somme de la luminosité de l'étoile centrale et de celle de l'objet en orbite. Pendant le transit, la luminosité enregistrée est cette somme moins la lumière émise par la partie de l'étoile centrale qui est obscurcie.
Source d'origine: communiqué de presse de l'ESO
