Symphonie cosmique : la mission Cheops expose un sextet résonnant de mondes lointains

Le satellite ExOPlanet (Cheops) de caractérisation de l’ESA a fourni les éléments de données cruciaux pour comprendre un mystérieux exoplanète système qui laissait les chercheurs perplexes depuis des années.

L’étoile HD110067 se trouve à environ 100 années-lumière dans la constellation nord de Coma Berenices. En 2020, NASALe satellite d’étude des exoplanètes en transit (TESS) a détecté des baisses de luminosité de l’étoile indiquant que des planètes passaient devant la surface de l’étoile. Une analyse préliminaire a révélé deux planètes possibles. L’un avec une période orbitale – le temps nécessaire pour effectuer une orbite autour de l’étoile – de 5,642 jours, et l’autre avec une période qui n’a pas encore pu être déterminée.

Tracer un lien entre deux planètes voisines à intervalles de temps réguliers le long de leurs orbites crée un motif unique à chaque couple. Les six planètes du système HD110067 créent ensemble un motif géométrique fascinant grâce à leur chaîne de résonance. Crédit : Roger Thibaut (PRN PlanetS)

Deux ans plus tard, TESS a observé à nouveau la même étoile. L’analyse des ensembles de données combinés a exclu l’interprétation originale mais a présenté deux planètes possibles différentes. Même si ces détections étaient beaucoup plus certaines que les originales, il y avait beaucoup de données dans les données TESS qui n’avaient toujours pas de sens. C’est à l’époque où Rafael Luque du Université de Chicago et ses collègues se sont intéressés.

Khéops : la clé du mystère

« C’est à ce moment-là que nous avons décidé d’utiliser Cheops. Nous sommes allés à la pêche aux signaux parmi toutes les périodes potentielles que pourraient avoir ces planètes », explique Rafael.

Leurs efforts ont payé. Ils ont confirmé la présence d’une troisième planète dans le système et ont réalisé qu’ils avaient trouvé la clé pour déverrouiller tout le système car il était désormais clair que les trois planètes étaient en résonance orbitale. La planète la plus extérieure met 20,519 jours pour orbiter, ce qui est extrêmement proche de 1,5 fois la période orbitale de la planète suivante avec 13,673 jours. Cela représente presque exactement 1,5 fois la période orbitale de la planète intérieure, soit 9,114 jours.

Une famille rare de six exoplanètes a été déverrouillée grâce à la mission Cheops de l’ESA. Les planètes de cette famille sont toutes plus petites que Neptune et tournent autour de leur étoile HD110067 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. Les six planètes forment une chaîne résonante par paires de 3 : 2, 3 : 2, 3 : 2, 4 : 3 et 4 : 3, ce qui fait que la planète la plus proche effectue six orbites tandis que la planète la plus extérieure en fait une. Khéops a confirmé la période orbitale de la troisième planète du système, qui était la clé pour débloquer le rythme de l’ensemble du système. Il s’agit du deuxième système planétaire en résonance orbitale que Khéops a contribué à révéler. Le premier s’appelle TOI-178. Crédit : ESA, CC BY-SA 3.0 IGO

Prédire d’autres résonances orbitales et les faire correspondre aux données inexpliquées restantes a permis à l’équipe de découvrir les trois autres planètes du système. « Chéops nous a donné cette configuration résonante qui nous a permis de prédire toutes les autres périodes. Sans cette détection de Cheops, cela aurait été impossible », explique Rafael.

Importance des systèmes à résonance orbitale

Les systèmes à résonance orbitale sont extrêmement importants à trouver car ils renseignent les astronomes sur la formation et l’évolution ultérieure du système planétaire. Les planètes autour des étoiles ont tendance à se former en résonance mais peuvent être facilement perturbées. Par exemple, une planète très massive, une rencontre rapprochée avec une étoile qui passe ou un événement d’impact géant peuvent tous perturber cet équilibre délicat. En conséquence, de nombreux systèmes multiplanétaires connus des astronomes ne sont pas en résonance mais semblent suffisamment proches pour avoir pu être en résonance une fois. Cependant, les systèmes multi-planétaires préservant leur résonance sont rares.

«Nous pensons qu’environ un pour cent seulement de tous les systèmes restent en résonance», explique Rafael. C’est pourquoi le HD110067 est spécial et mérite une étude plus approfondie. « Cela nous montre la configuration vierge d’un système planétaire qui a survécu intact. »

Vue d’artiste de CHEOPS. Crédit : © ESA / ATG medialab

Cheops : un catalyseur de découverte

« Comme le dit notre équipe scientifique : Chéops fait des découvertes exceptionnelles qui paraissent ordinaires. Sur seulement trois systèmes résonants connus de six planètes, celui-ci est désormais le deuxième découvert par Cheops, et ce en seulement trois ans d’exploitation », explique Maximilian Günther, scientifique du projet Cheops de l’ESA.