Illustration d’artiste des six planètes nouvellement découvertes tournant autour de leur étoile en résonance. Crédit : Roger Thibaut (PRN PlanetS)
Les chercheurs dirigés par Rafael Luque ont découvert six planètes en résonance gravitationnelle rare autour d’une étoile plus petite et plus froide. Cet arrangement unique, stable depuis la formation du système, a été identifié à l’aide des données du TESS de la NASA et du CHEOPS de l’ESA, révélant ainsi un aperçu de l’évolution planétaire.
La découverte
Six planètes gravitent autour de leur étoile centrale selon un rythme rythmé, un cas rare de verrouillage gravitationnel « synchronisé » qui pourrait offrir un aperçu approfondi de la formation et de l’évolution des planètes.
Faits marquants
Une étoile plus petite et plus froide que notre Soleil héberge une famille de planètes vraiment étrange : six « sous-Neptunes » – peut-être des versions plus petites des nôtres Neptune – se déplaçant selon un rythme cyclique. Cette valse orbitale se répète avec une telle précision qu’elle peut être facilement mise en musique.
Cette animation montre six exoplanètes « sous-Neptune » en orbite rythmée autour de leur étoile – avec une tonalité musicale lorsque chaque planète passe une ligne tracée à travers le système. La ligne est l’endroit où les planètes se croisent devant (« transitent ») leur étoile du point de vue de la Terre. Dans ces rythmes, connus sous le nom de « résonance », la planète la plus intérieure effectue trois orbites pour deux orbites de la planète suivante. Parmi les planètes les plus éloignées, un modèle de quatre orbites pour trois planètes suivantes est répété deux fois. Crédit : Dr Hugh Osborn, Université de Berne
Détails
Alors que les systèmes multi-planétaires sont courants dans notre galaxie, ceux qui forment une formation gravitationnelle étroite connue sous le nom de « résonance » sont observés beaucoup moins souvent par les astronomes. Dans ce cas, la planète la plus proche de l’étoile effectue trois orbites pour deux orbites de la planète suivante – appelée résonance 3/2 – un modèle qui se répète parmi les quatre planètes les plus proches.
Parmi les planètes les plus éloignées, un modèle de quatre orbites pour trois planètes suivantes (une résonance 4/3) est répété deux fois. Et ces orbites résonantes sont solides comme le roc : les planètes exécutent probablement la même danse rythmique depuis la formation du système, il y a des milliards d’années. Une telle stabilité fiable signifie que ce système n’a pas subi les chocs et les bouleversements auxquels les scientifiques pourraient généralement s’attendre dans les premiers jours de la formation des planètes – éclatements et collisions, fusions et ruptures alors que les planètes se disputent leur position. Et cela, à son tour, pourrait révéler quelque chose d’important sur la façon dont ce système s’est formé. Sa stabilité rigide a été verrouillée très tôt ; les résonances 3/2 et 4/3 des planètes sont presque exactement telles qu’elles étaient au moment de leur formation. Des mesures plus précises des masses et des orbites de ces planètes seront nécessaires pour mieux comprendre la formation du système.
Faits amusants
La découverte de ce système ressemble en quelque sorte à un roman policier. Les premiers indices en sont venus NASAc’est TESS (le Transiting Exoplanet Survey Satellite), qui suit les minuscules éclipses – les « transits » – que les planètes effectuent lorsqu’elles traversent la face de leurs étoiles. La combinaison des mesures TESS, effectuées lors d’observations distinctes à deux ans d’intervalle, a révélé un assortiment de transits pour l’étoile hôte, appelé HD 110067. Mais il était difficile de distinguer combien de planètes elles représentaient, ou de déterminer leurs orbites.
Finalement, les astronomes ont distingué les deux planètes les plus intérieures, avec des périodes orbitales – « années » – de 9 jours pour la planète la plus proche et de 14 jours pour la suivante. Une troisième planète, avec une année d’environ 20 jours, a été identifiée à l’aide des données de CHEOPS, The Agence spatiale européennequi caractérise le satellite ExOPlanets.
C’est alors que les scientifiques ont remarqué quelque chose d’extraordinaire. Les orbites des trois planètes correspondaient à ce à quoi on pourrait s’attendre si elles étaient verrouillées dans une résonance 3/2. Les prochaines étapes concernaient les mathématiques et la gravité. L’équipe scientifique, dirigée par Rafael Luque du Université de Chicagoa travaillé sur une liste bien connue de résonances qui pourraient potentiellement être trouvées dans de tels systèmes, en essayant de les faire correspondre aux transits restants captés par TESS.
La seule chaîne de résonance qui correspondait suggérait l’existence d’une quatrième planète dans le système, avec une orbite d’environ 31 jours. Deux autres transits avaient été observés, mais leurs orbites restaient inexpliquées car il ne s’agissait que d’observations uniques (plus d’une observation de transit est nécessaire pour déterminer l’orbite d’une planète). Les scientifiques ont de nouveau parcouru la liste des orbites possibles s’il y avait deux planètes extérieures supplémentaires correspondant à la chaîne de résonance attendue dans l’ensemble du système. La meilleure solution qu’ils ont trouvée : une cinquième planète avec une orbite de 41 jours et une sixième un peu moins de 55 jours.
À ce stade, l’équipe scientifique est presque dans une impasse. La tranche des observations TESS qui avait une chance de confirmer les orbites prévues des deux planètes extérieures avait été mise de côté lors du traitement. La lumière excessive diffusée à travers le champ d’observation par la Terre et la Lune semblait les rendre inutilisables. Mais pas si vite. Le scientifique Joseph Twicken, de l’Institut SETI et du centre de recherche Ames de la NASA, a remarqué le problème de la lumière diffusée. Il savait que le scientifique David Rapetti, également d’Ames et de l’Association de recherche spatiale des universités, travaillait sur un nouveau code informatique permettant de récupérer des données de transit que l’on pensait perdues à cause de la lumière dispersée. À la suggestion de Twicken, Rapetti a appliqué son nouveau code aux données TESS. Il a trouvé deux transits pour les planètes extérieures – exactement là où l’équipe scientifique dirigée par Luque l’avait prédit.
Les découvreurs
Une équipe internationale de chercheurs dirigée par Rafael Luque, de l’Université de Chicago, a publié un article en ligne sur la découverte, « Un sextuplé résonant de sous-Neptune transitant par l’étoile brillante HD 110067 », dans la revue Nature le 29 novembre.
