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Une planète de la taille de Jupiter retrouvée en orbite autour d'une naine blanche

Pour la première fois, une exoplanète intacte de la taille de Jupiter a été découverte en orbite près d’une étoile naine blanche. Crédit: Observatoire international des Gémeaux / NOIRLab / NSF / AURA / J. Têtard

Pour la première fois, un géant intact exoplanète a été découvert en orbite près d’un nain blanc étoile. Cette découverte montre qu’il est possible de Jupiterde grandes planètes pour survivre à la disparition de leur étoile et s’installer sur des orbites proches autour de la braise stellaire restante, près de la zone habitable. Cela prédit un avenir possible pour notre propre système solaire lorsque le Soleil vieillit en une naine blanche.

Les astronomes ont utilisé l’observatoire international Gemini, un programme du NOIRLab de la NSF, et d’autres télescopes dans le monde entier et dans l’espace pour trouver et caractériser une planète géante, moins de 13,8 fois plus massive que Jupiter.[1], en orbite autour d’une étoile naine blanche.[2][3] La recherche est publiée dans la revue La nature.

C’est le premier exemple d’une planète géante intacte en orbite près d’une étoile naine blanche – dans ce cas, une braise stellaire particulièrement froide et sombre connue sous le nom de WD 1856 + 534. «La découverte a été une sorte de surprise», selon l’auteur principal Andrew Vanderburg, professeur adjoint à l’Université du Wisconsin-Madison. «Un exemple précédent d’un système similaire, où un objet passait devant une naine blanche, ne montrait qu’un champ de débris provenant d’un astéroïde en désintégration.»[4]

Après avoir détecté la planète avec le TESS satellite, qui l’a observé en transit sur son étoile naine blanche, l’équipe a profité de l’énorme pouvoir de collecte de lumière du miroir de 8,1 mètres de Gemini North et a utilisé le spectrographe proche infrarouge Gemini (GNIRS) pour effectuer des mesures détaillées de l’étoile naine blanche en lumière infrarouge de Maunakea, Hawai’i. Les observations spectroscopiques ont capturé l’empreinte digitale unique de l’étoile, mais pas celle de la planète ou des débris entourant ce système.[5][6] “Parce qu’aucun débris de la planète n’a été détecté flottant à la surface de l’étoile ou l’entourant dans un disque, nous pourrions en déduire que la planète est intacte”, a déclaré Siyi Xu, astronome assistant à l’Observatoire Gemini et l’un des chercheurs à l’origine de la découverte.

«Nous utilisions le satellite TESS pour rechercher des débris en transit autour des naines blanches et pour essayer de comprendre comment se déroule le processus de destruction planétaire», explique Vanderburg. «Nous ne nous attendions pas nécessairement à trouver une planète qui semble intacte.»

“De plus, comme nous n’avons détecté aucune lumière de la planète elle-même, même dans l’infrarouge, cela nous indique que la planète est extrêmement froide, parmi les plus cool que nous ayons jamais trouvées.”[7] Xu ajoute que la limite supérieure précise de la température de la planète a été mesurée par NASALe télescope spatial Spitzer doit être à 17 ° C (63 ° F), ce qui est similaire à la température moyenne de la Terre.

«Nous avons eu des preuves indirectes de l’existence de planètes autour de naines blanches et c’est incroyable de trouver enfin une planète comme celle-ci», a déclaré Xu.[8] Les naines blanches sont extrêmement denses et très petites, de sorte que l’exoplanète est beaucoup plus grande que sa minuscule étoile mère, ce qui rend le système extrêmement inhabituel.

La découverte surprenante de cette planète, connue sous le nom de WD 1856b, soulève des questions intéressantes sur le sort des planètes en orbite autour d’étoiles destinées à devenir des naines blanches (comme notre Soleil). Parmi les milliers de planètes en dehors du système solaire que les astronomes ont découvertes, la plupart des étoiles en orbite finiront par évoluer en géantes rouges, puis en naines blanches. Au cours de ce processus, toutes les planètes en orbite rapprochée seront englouties par l’étoile, un destin que WD 1856b a réussi à éviter.

«Notre découverte suggère que WD 1856b a dû initialement tourner loin de l’étoile, puis se diriger d’une manière ou d’une autre vers l’intérieur après que l’étoile soit devenue une naine blanche», a déclaré Vanderburg. «Maintenant que nous savons que les planètes peuvent survivre au voyage sans être brisées par la gravité de la naine blanche, nous pouvons rechercher d’autres planètes plus petites.»

«L’étude des planètes dans des endroits extrêmes nous donne de nouvelles perspectives sur l’histoire et le destin des milliards de mondes autour d’autres étoiles», a déclaré Martin Still, directeur du programme NSF pour le partenariat international de l’Observatoire Gemini. «La sensibilité de Gemini a été essentielle pour le suivi de la détection spatiale TESS de cette planète, révélant une histoire plus complète du système exoplanétaire.»

Cette nouvelle découverte suggère que les planètes peuvent se retrouver dans ou près de la zone habitable de la naine blanche, et potentiellement être accueillantes à la vie même après la mort de leur étoile. «Nous prévoyons des travaux futurs pour étudier l’atmosphère de cette planète avec Gemini North», conclut Xu. «Plus nous pouvons en apprendre sur des planètes comme WD 1856b, plus nous pourrons en savoir sur le sort probable de notre propre système solaire dans environ 5 milliards d’années lorsque le Soleil deviendra une naine blanche.»[9]

Remarques

[1] La limite supérieure de la masse de l’objet est de 13,8 masses de Jupiter. Cette masse est proche de la ligne de démarcation utilisée par les astronomes pour faire la distinction entre une planète et une naine brune.

[2] Les naines blanches sont des restes stellaires communs laissés par la mort d’étoiles de faible masse comme le Soleil. Bien qu’ils aient une masse comparable à celle du Soleil, ils ont à peu près la taille de la Terre, ce qui les rend incroyablement denses. Les naines blanches ne génèrent aucune énergie par elles-mêmes et brillent faiblement avec l’énergie thermique restante, disparaissant lentement sur des milliards d’années.

[3] La découverte du WD 1856b s’est appuyée sur des observations d’installations telles que Gemini North, le Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) de la NASA, le télescope spatial Spitzer de la NASA, divers télescopes professionnels à travers le monde et une poignée de télescopes privés.

[4] Résultat rapporté par la NASA.

[5] La lumière d’une étoile est répartie sur de nombreuses longueurs d’onde et toutes ces longueurs d’onde ne rayonnent pas de la même manière. La distribution de l’émission à différentes longueurs d’onde constitue le spectre d’émission d’une étoile, et les caractéristiques de ce spectre agissent comme des «empreintes digitales» très reconnaissables. Lorsqu’une planète en orbite tire gravitationnellement sur une étoile, elle fait vaciller une étoile et ces empreintes spectrales se déplacent légèrement. Cette technique est souvent utilisée pour recueillir des informations sur les exoplanètes, mais dans le cas de WD 1856, le spectre stellaire obtenu par Gemini North ne montrait aucune caractéristique d’identification – aucune «empreinte digitale» – montrant que la planète en orbite était intacte.

[6] La première «naine blanche polluée» – une naine blanche avec des débris de planète dans sa couche externe – a été découverte en 1917 par Adriaan van Maanen à l’aide du télescope de 60 pouces de l’observatoire du mont Wilson. L’étoile est connue sous le nom d’étoile de van Maanen et a une histoire intéressante.

[7] L’équipe recherchait à une longueur d’onde de 4,5 microns.

[8] Dans un résultat largement diffusé l’année dernière, une équipe utilisant ESO les installations ont détecté un disque de gaz en orbite autour d’une naine blanche et en s’accroissant dessus. Le gaz semble avoir une composition similaire à celle de Neptune et Uranus, on suppose donc que le gaz doit provenir d’une telle planète. La planète elle-même n’a pas été détectée, seulement les débris de gaz.

[9] Cela pourrait être le destin final de la Terre et des autres planètes rocheuses du système solaire. Lorsque le Soleil se dilate en une géante rouge, il gonfle et devient beaucoup plus lumineux, carbonisant puis engloutissant Mercure, Vénus, et peut-être la Terre. Cependant, il n’y a pas encore de quoi s’inquiéter – notre Soleil n’en est qu’à la moitié de sa durée de vie de 10 milliards d’années.

Référence: «Une planète géante candidate en transit avec un nain blanc» 16 septembre 2020, La nature.
DOI: 10.1038 / s41586-020-2713-y

L’équipe était composée d’Andrew Vanderburg (Université du Wisconsin-Madison et Université du Texas à Austin), Saul A. Rappaport (Massachusetts Institute of Technology), Siyi Xu (NSF’s NOIRLab / Gemini Observatory), Ian Crossfield (University of Kansas), Juliette C. Becker (California Institute of Technology), Bruce Gary (Hereford Arizona Observatory), Felipe Murgas (Instituto de Astrofísica de Canarias and Universidad de La Laguna), Simon Blouin (Los Alamos National Laboratory), Thomas G. Kaye (Raemor Vista Observatoire et Université de Hong Kong), Enric Palle (Instituto de Astrofísica de Canarias et Universidad de La Laguna), Carl Melis (Université de Californie, San Diego), Brett Morris (Université de Berne), Laura Kreidberg (Max Planck Institute for Astronomy and Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian), Varoujan Gorjian (NASA Jet Propulsion Laboratory), Caroline V.Morley (University of Texas at Austin), Andrew W.Mann (University of North Carolina at Chapel Hill), Hannu Parviainen (Instituto de Astrofísica de Canarias et Universidad de La Laguna), Logan A. Pearce (Université de l’Arizona), Elisabeth R. Newton (Dartmouth College), Andreia Carrillo (Université du Texas à Austin), Ben Zuckerman (Université de Californie, Los Angeles), Lorne Nelson (Université Bishop’s), Greg Zeimann (Université du Texas à Austin), Warren R. Brown (Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian), René Tronsgaard (Université technique du Danemark), Beth Klein (Université de Californie, Los Angeles), George R. Ricker (Massachusetts Institute of Technology), Roland K.Vanderspek (Massachusetts Institute of Technology), David W.Latham (Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian), Sara Seager ( M Massachusetts Institute of Technology), Joshua N. Winn (université de Princeton), Jon M. Jenkins (NASA Ames Research Center), Fred C. Adams (Université du Michigan), Björn Benneke (Université de Montréal), David Berardo (Massachusetts Institute of Technology), Lars A. Buchhave (Université technique du Danemark) , Douglas A. Caldwell (NASA Ames Research Center et SETI Institute), Jessie L. Christiansen (Caltech / IPAC-NASA Exoplanet Science Institute), Karen A. Collins (Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian), Knicole D. Colón (NASA Goddard Space Flight Center), Tansu Daylan (Massachusetts Institute of Technology), John Doty (Noqsi Aerospace, Ltd.), Alexandra E. Doyle (Université de Californie, Los Angeles), Diana Dragomir (Université du Nouveau-Mexique, Albuquerque), Courtney Vinaigrette (Université de Californie, Berkeley), Patrick Dufour (Université de Montréal), Akihiko Fukui (Instituto de Astrofísica de Canarias et Université de Tokyo), Ana Glidden (Massachusetts Institute of Technology), Natalia M. Guerrero (Massachusetts Institute of Technology), Xueying Guo (Massachusetts Institute of Technology), Kevin Heng (Université de Berne), Andreea I.Henriksen (Université technique du Danemark), Chelsea X. Huang (Massachusetts Institute of Technology), Lisa Kaltenegger (Université Cornell), Stephen R. Kane (Université de Californie, Riverside), John A. Lewis (Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian), Jack J.Lissauer (NASA Ames Research Center), Farisa Morales (NASA Jet Propulsion Laboratory and Moorpark College), Norio Narita (National Astronomical Observatory of Japan, Instituto de Astrofísica de Canarias et de l’Université de Tokyo), Joshua Pepper (Université de Lehigh), Mark E. Rose (NASA Ames Research Center), Jeffrey C. Smith (SETI Institute et NASA Ames Research Center) Keivan G. Stassun (Vanderbilt University et Fisk University), Liang Yu (Massachusetts Institute of Technology et ExxonMobil Upstream Integrated Solutions ).

Le National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory (NOIRLab) de la NSF, le centre américain pour l’astronomie optique-infrarouge au sol, exploite l’Observatoire international Gemini (une installation de NSF, NRC-Canada, ANID-Chile, MCTIC-Brazil, MINCyT-Argentina , et KASI-République de Corée), l’Observatoire national de Kitt Peak (KPNO), l’Observatoire interaméricain Cerro Tololo (CTIO), le Community Science and Data Center (CSDC) et l’Observatoire Vera C. Rubin. Il est géré par l’Association des universités de recherche en astronomie (AURA) dans le cadre d’un accord de coopération avec la NSF et son siège est à Tucson, en Arizona. La communauté astronomique est honorée d’avoir l’opportunité de mener des recherches astronomiques sur Iolkam Du’ag (Kitt Peak) en Arizona, sur Maunakea à Hawai? I, et sur Cerro Tololo et Cerro Pachón au Chili. Nous reconnaissons et reconnaissons le rôle culturel très important et la vénération que ces sites ont à l’égard de la nation Tohono O’odham, de la communauté autochtone hawaïenne et des communautés locales du Chili, respectivement.