Cette vue d'artiste montre une exoplanète semblable à Jupiter qui est en passe de devenir un Jupiter chaud, une grande exoplanète semblable à Jupiter qui orbite très près de son étoile. À l'aide du télescope WIYN de 3,5 mètres de l'observatoire national de Kitt Peak de la National Science Foundation des États-Unis, un programme du NSF NOIRLab, une équipe d'astronomes a découvert que cette exoplanète, appelée TIC 241249530 b, suit une orbite extrêmement elliptique dans la direction opposée à la rotation de son étoile hôte. Ces caractéristiques orbitales uniques laissent entrevoir l'histoire de la formation de la planète ainsi que sa future trajectoire, ce qui permet à l'équipe de déterminer que TIC 241249530 b finira par migrer vers l'intérieur vers une orbite plus serrée et plus circulaire. La découverte de cette exoplanète prémigratoire donne des informations précieuses sur la façon dont les Jupiters chauds se forment et évoluent au fil du temps. Crédit : NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva (Spaceengine)
Un exoplanèteL'orbite allongée et inversée de contient des indices sur l'histoire de la formation et les trajectoires futures des géantes gazeuses de grande masse.
Des astronomes ont observé une exoplanète avec une orbite très excentrique et rétrograde à l'aide du télescope WIYN. Cette exoplanète, baptisée TIC 241249530 b, pourrait faire progresser considérablement notre compréhension de la formation et de la migration des Jupiters chauds, qui sont généralement de grandes géantes gazeuses qui migrent vers des orbites très proches autour de leur étoile.
Découverte d'une exoplanète à orbite extrême
En utilisant le télescope WIYN de 3,5 mètres de l'observatoire national de Kitt Peak de la National Science Foundation des États-Unis, un programme de la NSF NOIRLables astronomes ont découvert l'orbite extrême d'une exoplanète qui est en passe de devenir une planète chaude JupiterCette exoplanète suit non seulement l'une des orbites les plus étirées de toutes les exoplanètes en transit connues, mais elle tourne également autour de son étoile à l'envers, ce qui permet de mieux comprendre le mystère de l'évolution des Jupiters chauds.
À l’heure actuelle, on recense plus de 5 600 exoplanètes confirmées dans un peu plus de 4 000 systèmes stellaires. Parmi cette population, environ 300 à 500 exoplanètes appartiennent à la curieuse classe des Jupiters chauds : de grandes exoplanètes semblables à Jupiter qui orbitent très près de leur étoile, certaines aussi près que Mercure de notre Soleil. La façon dont les Jupiters chauds se retrouvent sur des orbites aussi proches est un mystère, mais les astronomes postulent qu’elles commencent sur des orbites éloignées de leur étoile, puis migrent vers l’intérieur au fil du temps. Les premières étapes de ce processus ont rarement été observées, mais grâce à cette nouvelle analyse d’une exoplanète à l’orbite inhabituelle, les astronomes sont un peu plus près de résoudre le mystère des Jupiters chauds.
Techniques d'observation avancées et résultats
La découverte de cette exoplanète, baptisée TIC 241249530 b, a été provoquée par la détection par le satellite TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) de la NASA en janvier 2020 d'une baisse de luminosité d'une étoile compatible avec le passage ou le transit d'une seule planète de la taille de Jupiter devant elle. Pour confirmer la nature de ces fluctuations et éliminer d'autres causes possibles, une équipe d'astronomes a utilisé deux instruments du télescope WIYN de 3,5 mètres de l'observatoire national de Kitt Peak (KPNO) de la National Science Foundation des États-Unis, un programme du NSF NOIRLab.
L'équipe a d'abord utilisé le NASAL'équipe a utilisé le spectrographe NEID (Neilson Exoplanet and Stellar Speckle Imager), financé par la NASA, pour mesurer la vitesse radiale de TIC 241249530 b en observant attentivement la façon dont le spectre de son étoile hôte, ou les longueurs d'onde de sa lumière émise, se décalait en raison de l'exoplanète en orbite autour d'elle.
Cette illustration montre l'orbite de l'exoplanète TIC 241249530 b, semblable à Jupiter, récemment découverte, en comparaison avec les orbites de Mercure et de la Terre dans notre propre système solaire. TIC 241249530 b suit l'une des orbites les plus allongées de toutes les exoplanètes en transit connues et orbite également autour de son étoile hôte à l'envers, c'est-à-dire dans la direction opposée à la rotation de l'étoile. Crédit : NOIRLab/NSF/AURA/R. Proctor
Arvind Gupta, chercheur postdoctoral du NOIRLab et auteur principal de l'article publié dans Naturea salué le NESSI et le NEID comme étant essentiels aux efforts de l'équipe pour caractériser et confirmer le signal de l'exoplanète. « Le NESSI nous a donné une vue plus nette de l'étoile que ce qui aurait été possible autrement, et le NEID a mesuré avec précision le spectre de l'étoile pour détecter les décalages en réponse à l'orbite de l'exoplanète », a expliqué Gupta. Gupta a particulièrement souligné la flexibilité unique du cadre de planification des observations du NEID, car il permet une adaptation rapide du plan d'observation de l'équipe en réponse à de nouvelles données.
« Le télescope WIYN joue un rôle crucial pour nous aider à comprendre pourquoi les planètes trouvées dans d’autres systèmes solaires peuvent être si différentes d’un système à l’autre », a déclaré Chris Davis, directeur du programme NSF NOIRLab. « La collaboration entre la NSF et la NASA sur le programme NN-EXPLORE continue de produire des résultats impressionnants dans la recherche sur les exoplanètes. »
Cette animation montre l'orbite de l'exoplanète semblable à Jupiter récemment découverte, appelée TIC 241249530 b, en comparaison avec les orbites de Mercure et de la Terre dans notre propre système solaire. TIC 241249530 b suit l'une des orbites les plus étirées de toutes les exoplanètes en transit connues et orbite également autour de son étoile hôte dans le sens inverse, c'est-à-dire dans la direction opposée à la rotation de l'étoile. Si cette planète faisait partie de notre système solaire, son orbite s'étendrait de son point le plus proche dix fois plus près du Soleil que Mercure jusqu'à son point le plus éloigné, à la distance de la Terre. Cette orbite extrême entraînerait des températures sur la planète variant entre celles d'une journée d'été et suffisamment chaudes pour faire fondre le titane. Crédit : NOIRLab/NSF/AURA/R. Proctor
Conséquences des orbites excentriques et rétrogrades
Une analyse détaillée du spectre a confirmé que l'exoplanète est environ cinq fois plus massive que Jupiter. Le spectre a également révélé que l'exoplanète orbite selon une trajectoire extrêmement excentrique, ou allongée. L'excentricité de l'orbite d'une planète est mesurée sur une échelle de 0 à 1, 0 étant une orbite parfaitement circulaire et 1 une orbite très elliptique. Cette exoplanète a une excentricité orbitale de 0,94, ce qui la rend plus excentrique que l'orbite de toute autre exoplanète jamais découverte par la méthode du transit (1). À titre de comparaison, PlutonL'orbite très elliptique de la Terre autour du Soleil a une excentricité de 0,25 ; celle de la Terre est de 0,02.
Si cette planète faisait partie de notre système solaire, son orbite s'étendrait de sa plus proche distance, dix fois plus proche du Soleil que Mercure, jusqu'à sa plus grande distance, à la distance de la Terre. Cette orbite extrême entraînerait des températures sur la planète variant entre celles d'une journée d'été et des températures suffisamment chaudes pour faire fondre le titane.
L'intérieur du télescope WIYN de 3,5 mètres, situé à l'observatoire national de Kitt Peak de la National Science Foundation des États-Unis, un programme du NSF NOIRLab. Ce télescope abrite l'instrument NEID, une machine de pointe pour la découverte d'exoplanètes. Crédit : KPNO/NOIRLab/NSF/AURA/J.Pollard
Pour ajouter au caractère inhabituel de l'orbite de l'exoplanète, l'équipe a également découvert qu'elle tournait à l'envers, c'est-à-dire dans une direction opposée à la rotation de son étoile hôte. Ce phénomène n'est pas observé chez la plupart des autres exoplanètes, ni dans notre propre système solaire, et il aide l'équipe à interpréter l'histoire de la formation de l'exoplanète.
Les caractéristiques orbitales uniques de l'exoplanète laissent également entrevoir sa future trajectoire. On s'attend à ce que son orbite initialement très excentrique et son approche extrêmement proche de son étoile hôte « circularisent » l'orbite de la planète, car les forces de marée sur la planète sapent l'énergie de l'orbite et provoquent son rétrécissement et sa circularisation progressifs. La découverte de cette exoplanète avant que cette migration n'ait eu lieu est précieuse car elle donne un aperçu crucial de la façon dont les Jupiters chauds se forment, se stabilisent et évoluent au fil du temps.
« Bien que nous ne puissions pas vraiment revenir en arrière et observer le processus de migration planétaire en temps réel, cette exoplanète sert en quelque sorte d'instantané du processus de migration », a déclaré Gupta. « Les planètes comme celle-ci sont incroyablement rares et difficiles à trouver, et nous espérons qu'elles pourront nous aider à démêler l'histoire de la formation de Jupiter chaud. »
Le télescope WIYN de 3,5 mètres, situé à l'observatoire national de Kitt Peak de la National Science Foundation des États-Unis, un programme du NSF NOIRLab. Crédit : KPNO/NOIRLab/NSF/AURA
Perspectives d'avenir et orientations de recherche
« Nous sommes particulièrement intéressés par ce que nous pouvons apprendre sur la dynamique de l'atmosphère de cette planète après qu'elle ait effectué l'un de ses passages extrêmement proches de son étoile », a déclaré Jason Wright, professeur d'astronomie et d'astrophysique à Penn State, qui a supervisé le projet alors que Gupta était doctorant à l'université. « Des télescopes comme celui de la NASA Télescope spatial James Webb « Les scientifiques ont la sensibilité nécessaire pour sonder les changements dans l’atmosphère de l’exoplanète récemment découverte alors qu’elle subit un réchauffement rapide. Il reste donc encore beaucoup à apprendre à l’équipe sur l’exoplanète. »
TIC 241249530 b est seulement la deuxième exoplanète jamais découverte à démontrer la phase de pré-migration de Jupiter chaud. Ensemble, ces deux exemples confirment l'idée que les géantes gazeuses de masse plus élevée évoluent pour devenir des Jupiter chauds à mesure qu'elles migrent d'orbites très excentriques vers des orbites plus serrées et plus circulaires.
« Les astronomes recherchent depuis plus de deux décennies des exoplanètes qui sont probablement des précurseurs de Jupiters chauds ou des produits intermédiaires du processus de migration. J'ai donc été très surpris – et excité – d'en trouver une », a déclaré Gupta. « C'est exactement ce que j'espérais trouver. »
Remarques
- Une exoplanète avec une excentricité plus élevée a été découverte. HD 20782 b a une excentricité de 0,956 mais n'est pas en transit, donc l'orientation de son orbite par rapport à son étoile hôte ne peut pas être déterminée. Ceci souligne l'importance de la découverte de TIC 241249530 b dont les caractéristiques orbitales ont pu être déterminées grâce à son transit par son étoile.
