Le nombre Pi, représenté par la lettre grecque π, est le rapport de la circonférence d’un cercle à son diamètre dans un plan euclidien. Une analogie avec une planète tournant autour de son étoile aurait pu être uniquement imaginaire, mais c’est pourtant ce que des astronomes viennent (presque) de découvrir. En effet, dans une étonnante rencontre entre l’astronomie et les mathématiques, des chercheurs du MIT et d’ailleurs ont découvert une « Terre pi », une planète de la taille de la Terre qui effectue un tour complet autour de son étoile tous les 3,14 jours. Une période orbitale particulière qui rappelle la constante mathématique universelle.
Des signaux de la présence de la planète ont initialement été découverts dans des données prises en 2017 par la mission K2 du télescope spatial Kepler de la NASA. Au début de l’année, en se concentrant sur le système avec le réseau de télescopes terrestres SPECULOOS, les chercheurs ont confirmé que les signaux étaient ceux d’une planète en orbite autour de son étoile. Et en effet, la planète semble toujours tourner autour de son étoile aujourd’hui, avec une période orbitale étonnante de… 3,14 jours.
« La planète se déplace comme une horloge », déclare Prajwal Niraula, étudiant de troisième cycle au département des sciences de la terre, de l’atmosphère et des planètes (EAPS) du MIT, auteur principal de l’étude, publiée hier dans l’Astronomical Journal et intitulé « π Earth : a 3.14-day Earth-sized Planet from K2’s Kitchen Served Warm by the SPECULOOS Team » (soit, en français, « La Terre π : une planète de 3,14 jours de la taille de la Terre dans la cuisine du K2 servie chaude par l’équipe SPECULOOS »).
« Tout le monde a besoin de s’amuser un peu de nos jours », déclare le co-auteur Julien de Wit, à la fois en se référant au titre de l’article et à la découverte de la planète pi elle-même. La nouvelle planète est officiellement appelée K2-315b, dans le cadre du 315e système planétaire découvert dans les données de K2. Les chercheurs estiment que K2-315b a un rayon de 0,95 fois celui de la Terre, ce qui lui donne donc à peu près la taille de notre planète. Elle fait le tour complet de son étoile tous les 3,14 jours, à une vitesse fulgurante de 81 kilomètres par seconde.
Une température infernale
Bien que sa masse reste à déterminer, les scientifiques soupçonnent que K2-315b est une planète tellurique, comme la Terre. Mais la planète pi n’est probablement pas habitable, car son orbite rapprochée la place suffisamment près de son étoile pour chauffer sa surface jusqu’à 450 kelvins, soit environ 180 °C.
« Ce serait trop chaud pour être habitable au sens commun du terme », précise Niraula, qui ajoute que l’excitation autour de cette planète particulière, outre ses associations avec la constante mathématique pi, est qu’elle pourrait s’avérer être un candidat prometteur pour l’étude des caractéristiques de son atmosphère.
« Nous savons maintenant que nous pouvons détecter des planètes à partir de données d’archives, et nous espérons qu’il n’y aura pas de planètes oubliées, en particulier celles qui sont vraiment importantes et qui ont un fort impact », déclare de Wit, professeur adjoint à l’EAPS et membre de l’Institut Kavli d’astrophysique et de recherche spatiale du MIT.
Des télescopes conçus pour rechercher des planètes habitables
Les chercheurs sont membres du projet SPECULOOS, un acronyme pour The Search for habitable Planets EClipsing ULtra-cOOl Stars, et nommé d’après un réseau de quatre télescopes faisant chacun un mètre de diamètre placé dans le désert d’Atacama au Chili, qui scrutent le ciel dans l’hémisphère sud. Plus récemment, le réseau possède un nouveau et cinquième télescope, le premier à être situé dans l’hémisphère nord et nommé Artemis — un projet mené par d’autres chercheurs du MIT.
Les télescopes SPECULOOS sont conçus pour rechercher des planètes semblables à la Terre autour d’étoiles naines ultra-froides et proches, de petite taille et de faible luminosité, qui offrent aux astronomes une meilleure chance de repérer une planète en orbite et de caractériser son atmosphère, car ces étoiles n’ont pas l’éclat d’étoiles beaucoup plus grandes et plus brillantes.
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« Ces naines ultra-froides sont dispersées dans tout le ciel », déclare Burdanov, co-auteur de l’étude. « Des études terrestres ciblées comme SPECULOOS sont utiles car nous pouvons observer ces étoiles ultra-froides une par une ».
En particulier, les astronomes examinent les étoiles individuelles à la recherche de signes de passage, ou de creux périodiques dans la lumière émise, qui signalent le passage possible d’une planète devant l’étoile en bloquant temporairement la lumière.
Au début de l’année, Niraula est tombée sur une naine froide, légèrement plus chaude que le seuil communément admis pour une naine ultra-froide, selon les données recueillies par la campagne K2 — la deuxième mission d’observation du télescope spatial Kepler, qui a surveillé des fragments de ciel pendant que le vaisseau spatial orbitait autour du soleil. Pendant plusieurs mois en 2017, le télescope Kepler a observé une partie du ciel qui comprenait la naine froide, étiquetée dans les données K2 comme EPIC 249631677.
Les chercheurs ont ensuite prévu d’examiner de plus près l’étoile et sa planète en orbite avec SPECULOOS. L’équipe a analysé les signaux, testant différents scénarios astrophysiques potentiels pour leur origine, et a confirmé que les signaux étaient probablement ceux d’une planète en transit, et non le produit d’autres phénomènes tels qu’un système binaire de deux étoiles en spirale. Les chercheurs ont ensuite prévu d’examiner de plus près l’étoile et sa planète en orbite.