Une équipe internationale d’astronomes a utilisé les satellites CHEOPS et TESS pour découvrir un système de six planètes en orbite autour de l’étoile HD110067 dans une résonance harmonique unique. Cette découverte rare, impliquant une chaîne de résonances 3:2 et 4:3, était initialement difficile à déchiffrer mais a finalement été résolue, révélant les périodes orbitales précises des planètes.
Une collaboration internationale entre des astronomes utilisant le CHEOPS et TESS satellites spatiaux, y compris les membres du PRN PlanetS du Université de Berne et l’Université de Genève, ont découvert un nouveau système clé de six planètes en transit tournant autour d’une étoile brillante selon un rythme harmonieux. Cette propriété rare a permis à l’équipe de déterminer les orbites planétaires qui apparaissaient au départ comme une énigme insoluble.
Collaboration et méthodologie
CHEOPS est une mission conjointe de l’ESA et de la Suisse, sous la direction de l’Université de Berne en collaboration avec l’Université de Genève. Grâce à une collaboration avec des scientifiques travaillant avec les données de NASAGrâce au satellite TESS, l’équipe internationale a pu découvrir le système planétaire en orbite autour de l’étoile proche HD110067. Une caractéristique très distinctive de ce système est sa chaîne de résonances : les planètes gravitent autour de leur étoile hôte en parfaite harmonie. Une partie de l’équipe de recherche est composée de chercheurs de l’Université de Berne et de l’Université de Genève, qui sont également membres du Pôle de recherche national (PRN) PlanetS. Les résultats ont récemment été publiés dans la revue Nature.
Les planètes du système HD110067 tournent autour de l’étoile dans une valse très précise. Lorsque la planète la plus proche de l’étoile fait trois tours complets autour d’elle, la seconde en fait exactement deux en même temps. C’est ce qu’on appelle une résonance 3:2.
« Parmi les plus de 5 000 exoplanètes découvertes en orbite autour d’autres étoiles que notre Soleil, les résonances ne sont pas rares, pas plus que les systèmes comportant plusieurs planètes. Ce qui est extrêmement rare cependant, c’est de trouver des systèmes dont les résonances s’étendent sur une si longue chaîne de six planètes», souligne le Dr Hugh Osborn, chercheur CHEOPS à l’Université de Berne, responsable du programme d’observation CHEOPS impliqué dans l’étude, et co- auteur de la publication.
C’est précisément le cas de HD110067 dont les planètes forment une « chaîne résonante » par paires successives de résonances 3:2, 3:2, 3:2, 4:3 et 4:3, ce qui fait que la planète la plus proche complète six orbites tandis que la planète la plus extérieure en fait une.
Illustration d’artiste des six planètes nouvellement découvertes tournant autour de leur étoile en résonance. Crédit : Roger Thibaut (PRN PlanetS)
Un casse-tête apparemment insoluble
Bien que plusieurs planètes aient été initialement détectées grâce à leurs transits, la disposition exacte des planètes n’était pas claire au début. Cependant, la danse gravitationnelle précise a permis à l’équipe de scientifiques de résoudre l’énigme de HD110067. Le Pr Adrien Leleu de l’Université de Genève, chargé de l’analyse des résonances orbitales et co-auteur de l’étude, explique : « Un transit se produit lorsqu’une planète, de notre point de vue, passe devant son étoile hôte, bloquant une infime fraction de la lumière des étoiles, créant une baisse apparente de sa luminosité.
Dès les premières observations réalisées par le satellite TESS de la NASA, il a été possible de déterminer que les deux planètes intérieures appelées « b » et « c » ont des périodes orbitales de 9 et 14 jours respectivement. Cependant, aucune conclusion n’a pu être tirée pour les quatre autres planètes détectées, car deux d’entre elles ont transité une fois en 2020 et une fois en 2022 avec un écart important de deux ans dans les données, et les deux autres n’ont transité qu’une seule fois en 2022.
La solution à l’énigme de ces quatre planètes supplémentaires a finalement commencé à émerger grâce aux observations du télescope spatial CHEOPS. Alors que TESS vise à scanner tout le ciel petit à petit pour trouver des exoplanètes à courte période, CHEOPS est une mission ciblée, se concentrant sur une seule étoile à la fois avec une précision exquise. « Nos observations CHEOPS nous ont permis de constater que la période de la planète ‘d’ est de 20,5 jours. En outre, cela excluait de multiples possibilités pour les trois planètes extérieures restantes, « e », « f » et « g », révèle Osborn.
Vue d’artiste de CHEOPS. Crédit : © ESA / ATG medialab
Prédire la valse précise des planètes
C’est alors que l’équipe a réalisé que les trois planètes intérieures de HD110067 dansaient dans une chaîne précise de résonances 3:2, 3:2 : lorsque la planète la plus intérieure tourne neuf fois autour de l’étoile, la deuxième tourne six fois et la troisième planète quatre fois. fois.
L’équipe a ensuite envisagé la possibilité que les trois autres planètes puissent également faire partie de la chaîne de résonances. « Cela a conduit à des dizaines de possibilités pour leur période orbitale », explique Leleu, « mais en combinant les données d’observation existantes de TESS et CHEOPS avec notre modèle des interactions gravitationnelles entre les planètes, nous pourrions exclure toutes les solutions sauf une : le rapport 3:2. , 3:2, 3:2, 4:3, 4:3 chaîne. Les scientifiques pourraient donc prédire que les trois planètes extérieures (« e », « f » et « g ») ont des périodes orbitales de 31, 41 jours et 55 jours.
Cette prédiction a permis de programmer des observations avec une variété de télescopes au sol. D’autres transits de la planète « f » ont été observés, révélant que c’était précisément l’endroit où la théorie l’avait prédit sur la base de la chaîne de résonance. Enfin, la réanalyse des données de TESS a révélé deux transits cachés, un de chacune des planètes « f » et « g », exactement aux instants attendus par les prédictions, confirmant les périodes des six planètes. Des observations CHEOPS supplémentaires de chaque planète, et en particulier de la planète « e », sont prévues dans un avenir proche.
Illustration du Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) de la NASA. Crédit : Goddard Space Flight Center de la NASA
Un système clé pour l’avenir
Parmi la poignée de systèmes de chaînes résonantes découverts jusqu’à présent, CHEOPS a fortement contribué à la compréhension non seulement de HD110067, mais également de TOI-178. Un autre exemple bien connu de système à chaîne résonante est le système TRAPPIST-1 qui héberge sept planètes rocheuses. Cependant, TRAPPIST-1 est une petite étoile incroyablement faible, ce qui rend toute observation supplémentaire très difficile. HD110067, en revanche, est plus de 50 fois plus lumineux que TRAPPIST-1.
« Le fait que les planètes du système HD110067 aient été détectées par la méthode de transit est essentiel. Lorsqu’elles passent devant l’étoile, la lumière filtre également à travers les atmosphères planétaires», souligne Jo Ann Egger, doctorante à l’Université de Berne, qui a calculé la composition des planètes à l’aide des données CHEOPS et co-auteur de l’étude. Cette propriété permet aux astronomes de déterminer la composition chimique et d’autres propriétés des atmosphères. Comme beaucoup de lumière est nécessaire, l’étoile brillante HD110067 et ses planètes en orbite constituent une cible idéale pour des études plus approfondies visant à caractériser les atmosphères planétaires.
«Le sous-Neptune Les planètes du système HD110067 semblent avoir de faibles masses, ce qui suggère qu’elles pourraient être riches en gaz ou en eau. Des observations futures, par exemple avec le Télescope spatial James Webb (JWST), l’une de ces atmosphères planétaires pourrait déterminer si les planètes ont des structures intérieures rocheuses ou riches en eau », conclut Egger.
Pour en savoir plus sur cette découverte :
- Percer le mystère de la résonance des 6 planètes
- Étrange découverte d’un système à six planètes en parfaite harmonie
