Les scientifiques ont découvert un système binaire unique à 1 400 années-lumière, constitué d’un objet chaud semblable à Jupiter en orbite autour d’une naine blanche, offrant des informations sans précédent sur l’étude des Jupiters chauds et l’évolution des étoiles dans les systèmes binaires. L’objet chaud semblable à Jupiter, qui orbite autour d’une étoile 10 000 fois plus faible que les étoiles classiques, présente des variations de température extrêmes et donne un aperçu des effets du rayonnement ultraviolet intense sur l’atmosphère planétaire.
Un système céleste binaire récemment découvert pourrait faire progresser notre compréhension de l’évolution des planètes et des étoiles dans des conditions extrêmes.
La recherche d’exoplanètes – des planètes en orbite autour d’étoiles situées au-delà des frontières de notre système solaire – est un sujet brûlant en astrophysique. Parmi les différents types d’exoplanètes, l’une est chaude au sens littéral : les Jupiters chauds, une classe d’exoplanètes physiquement similaires à la planète géante gazeuse. Jupiter de notre propre quartier.
Contrairement à « notre » Jupiter, les Jupiters chauds orbitent très près de leurs étoiles, effectuent une orbite complète en quelques jours, voire quelques heures seulement, et – comme leur nom l’indique – ont des températures de surface extrêmement élevées. Ils exercent une grande fascination sur la communauté astrophysique. Cependant, ils sont difficiles à étudier car l’éblouissement de l’étoile proche les rend difficiles à détecter.
Maintenant, dans une étude récemment publiée dans la revue Astronomie naturelle, les scientifiques rapportent la découverte d’un système composé de deux corps célestes, situés à environ 1 400 années-lumière, qui, ensemble, offrent une excellente opportunité pour étudier les atmosphères chaudes de Jupiter, ainsi que pour faire progresser notre compréhension de l’évolution planétaire et stellaire. La découverte de ce système binaire – le plus extrême du genre connu à ce jour en termes de température – a été réalisée grâce à l’analyse de données spectroscopiques recueillies par l’Observatoire européen austral. Très grand télescope au Chili.
« Nous avons identifié un objet chaud semblable à Jupiter en orbite autour d’une étoile qui est le plus chaud jamais trouvé, environ 2 000 degrés plus chaud que la surface du Soleil », a déclaré l’auteur principal de l’étude, le Dr Na’ama Hallakoun, chercheur postdoctoral associé. avec l’équipe du Dr Sagi Ben-Ami du Département de physique des particules et d’astrophysique de l’Institut des sciences Weizmann. Elle ajoute que, contrairement aux planètes chaudes de Jupiter obscurcies par l’éblouissement, il est possible de voir et d’étudier cet objet car il est très grand par rapport à l’étoile hôte sur laquelle il orbite, qui est 10 000 fois plus faible qu’une étoile normale. « Cela en fait un laboratoire parfait pour de futures études sur les conditions extrêmes des Jupiters chauds », dit-elle.
Une extension des recherches qu’elle a menées en 2017 avec le professeur Dan Maoz, son doctorat. conseiller à l’université de Tel Aviv, la nouvelle découverte d’Hallakoun permettra peut-être de mieux comprendre les Jupiters chauds, ainsi que l’évolution des étoiles dans les systèmes binaires.
Naine brune massive avec une orientation « semblable à celle de la Lune »
Le système binaire découvert par Hallakoun et ses collègues implique deux objets célestes tous deux appelés « nains », mais de nature très différente. L’un est un « nain blanc« , le reste d’une étoile semblable au Soleil après avoir épuisé son combustible nucléaire. L’autre partie de la paire, qui n’est ni une planète ni une étoile, est une « naine brune » – un membre d’une classe d’objets dont la masse est comprise entre celle d’une géante gazeuse comme Jupiter et celle d’une petite étoile.
Les naines brunes sont parfois appelées étoiles ratées car elles ne sont pas assez massives pour alimenter des réactions de fusion d’hydrogène. Cependant, contrairement aux planètes géantes gazeuses, les naines brunes sont suffisamment massives pour survivre à « l’attraction » de leurs partenaires stellaires.
« La gravité des étoiles peut provoquer la rupture des objets trop proches, mais cette naine brune est dense, avec 80 fois la masse de Jupiter comprimée dans la taille de Jupiter », explique Hallakoun. « Cela lui permet de survivre intact et de former un système binaire stable. »
Lorsqu’une planète orbite très près de son étoile, les forces différentielles de gravité agissant sur les côtés proche et éloigné de la planète peuvent provoquer la synchronisation des périodes orbitales et de rotation de la planète. Ce phénomène, appelé « verrouillage des marées », verrouille en permanence un côté de la planète dans une position qui fait face à l’étoile, de la même manière que la Lune de la Terre fait toujours face à la Terre, tandis que son « côté obscur » reste hors de vue. Le verrouillage des marées entraîne des différences de température extrêmes entre l’hémisphère « côté jour » bombardé par le rayonnement stellaire direct et l’autre hémisphère « côté nuit », orienté vers l’extérieur, qui reçoit une quantité de rayonnement beaucoup plus faible.
Le rayonnement intense de leurs étoiles provoque des températures de surface extrêmement élevées sur les Jupiters chauds, et les calculs effectués par Hallakoun et ses collègues sur le système nain blanc-nain brun montrent à quel point les choses peuvent devenir chaudes. En analysant la luminosité de la lumière émise par le système, ils ont pu déterminer la température de surface de la naine brune en orbite dans les deux hémisphères. Ils ont découvert que le côté jour a une température comprise entre 7 250 et 9 800 Kelvin (environ 7 000 et 9 500 Kelvin). Celsius), qui est aussi chaude qu’une étoile de type A – des étoiles semblables au Soleil qui peuvent être deux fois plus massives que le Soleil – et plus chaude que n’importe quelle planète géante connue. La température du côté nocturne, en revanche, se situe entre 1 300 et 3 000 Kelvin (environ 1 000 et 2 700 Celsius), ce qui entraîne une différence de température extrême d’environ 6 000 degrés entre les deux hémisphères.
Un rare aperçu d’une région inexplorée
Hallakoun affirme que le système qu’elle et ses collègues ont découvert offre l’opportunité d’étudier l’effet du rayonnement ultraviolet extrême sur l’atmosphère planétaire. Un tel rayonnement joue un rôle important dans divers environnements astrophysiques, depuis les régions de formation d’étoiles jusqu’aux atmosphères des planètes elles-mêmes, en passant par les disques de gaz primordiaux à partir desquels les planètes se forment autour des étoiles. Ce rayonnement intense, qui peut entraîner l’évaporation des gaz et la rupture des molécules, peut avoir un impact significatif sur l’évolution des étoiles et des planètes. Mais ce n’est pas tout.
« À peine un million d’années depuis la formation de la naine blanche dans ce système – un laps de temps infime à l’échelle astronomique – nous avons eu un rare aperçu des premiers jours de ce type de système binaire compact », explique Hallakoun. Elle ajoute que si l’évolution des étoiles uniques est assez bien connue, l’évolution des systèmes binaires en interaction est encore mal comprise.
« Les Jupiters chauds sont l’antithèse des planètes habitables – ce sont des endroits dramatiquement inhospitaliers pour la vie », explique Hallakoun. « Futures observations spectroscopiques à haute résolution de ce système chaud de type Jupiter – idéalement réalisées avec NASAc’est nouveau Télescope spatial James Webb – pourrait révéler l’impact de la chaleur et des conditions fortement irradiées sur la structure atmosphérique, ce qui pourrait nous aider à comprendre les exoplanètes ailleurs dans l’univers.
Les participants à l’étude comprenaient également le professeur Dan Maoz de l’Université de Tel Aviv ; Dr Alina G. Istrate et professeur Gijs Nelemans de l’Université Radboud, Pays-Bas ; le professeur Carles Badenes de l’Université de Pittsburgh ; Dr Elmé Breedt de l’Université de Cambridge ; Le professeur Boris T. Gänsicke et le regretté professeur Thomas R. Marsh du Université de Warwick; Professeur Saurabh W. Jha de l’Université Rutgers ; le professeur Bruno Leibundgut et le Dr Ferdinando Patat de l’Observatoire européen austral ; Dr Filippo Mannucci de l’Institut national italien d’astrophysique (INAF) ; et le professeur Alberto Rebassa-Mansergas de l’Université Polytechnique de Catalogne.
Les recherches du Dr Sagi Ben-Ami sont soutenues par le prix Peter et Patricia Gruber ; la Fondation Azrieli ; l’Institut de recherches avancées en spatial et optique André Deloro ; et le Willner Family Leadership Institute pour l’Institut des sciences Weizmann.
Le Dr Ben-Ami est titulaire de la chaire de développement de carrière Aryeh et Ido Dissentshik.
