Des astronomes détectent une planète dans la zone habitable d’une naine blanche

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Vue d’artiste de l’étoile WD1054-226, entourée de débris planétaires et d’une potentielle planète dans la zone habitable. | Mark A. Garlick/markgarlick.com.
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Des chercheurs de l’University College London (UCL) ont découvert plusieurs corps de taille lunaire en orbite autour de l’étoile WD1054-226, une naine blanche de notre galaxie, située à 117 années-lumière de la Terre. Grâce à la méthode des transits, ils ont remarqué que ces corps en orbite affichent une très grande régularité de mouvement. Selon eux, ce schéma orbital particulièrement précis pourrait être dû à la présence d’une planète proche, qui se trouverait dans la zone habitable de l’étoile.

Lorsque les étoiles de quelques masses solaires commencent à manquer d’hydrogène, elles se dilatent et deviennent des géantes rouges ; puis, elles se refroidissent progressivement et se transforment en naines blanches, à l’instar de WD1054-226. Les étoiles plus massives évoluent quant à elles en supernovas. Notre soleil deviendra lui aussi une naine blanche, dans quatre à cinq milliards d’années.

En examinant WD1054-226 via le New Technology Telescope de l’Observatoire européen austral, une équipe de l’UCL a remarqué quelque chose d’assez inhabituel. Plusieurs petits corps planétaires, de formes irrégulières, orbitent autour de cette étoile, obscurcissant sa lumière toutes les 23 minutes très exactement. Cette régularité suggère que la présence d’une planète les maintient dans un arrangement précis de par son influence gravitationnelle. « C’est la première fois que des astronomes détectent un corps planétaire dans la zone habitable d’une naine blanche », souligne le professeur Jay Farihi, astrophysicien à l’UCL et auteur principal de l’étude relatant la découverte. L’équipe précise toutefois que davantage de preuves sont nécessaires pour confirmer cette hypothèse.

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Une possible force de gravitation qui maintient les corps en orbite

C’est la première fois que des scientifiques observent une planète dans la zone d’habitabilité d’une naine blanche. Seule une géante gazeuse, d’une taille similaire à celle de Jupiter, a déjà été repérée en orbite autour d’une autre naine blanche, WD 1856+534.

Les petits corps qui orbitent autour de WD1054-226 sont de la taille d’une lune ; ils sont irréguliers et poussiéreux (comme des comètes, précisent les chercheurs). Ainsi, sans une influence planétaire proche, les frottements et les collisions entre ces corps auraient sans doute entraîné leur dispersion. Pourtant, la méthode des transits — qui consiste à détecter indirectement la présence d’une planète via les variations périodiques de la luminosité de l’étoile qu’elle induit en passant devant elle — a montré que la lumière de WD1054-226 était toujours relativement obscurcie par d’énormes nuages de matière passant devant elle, suggérant qu’elle était entourée d’un anneau de débris planétaires.

Ces structures présentaient une période de 25 heures. Les données ont mis en évidence pas moins de 65 nuages de débris planétaires, régulièrement espacés autour de l’étoile, atténuant sa luminosité toutes les 23 minutes. Pour le moment, les scientifiques ne peuvent expliquer pourquoi ce transit apparaît si régulier. La présence d’une planète proche, située dans la zone d’habitabilité — là où de l’eau peut demeurer à l’état liquide — pourrait être l’une des raisons possibles. En effet, le phénomène se produit déjà autour de Neptune et Saturne, dont les lunes suffisent à maintenir des structures annulaires stables autour de ces planètes grâce à la force d’attraction gravitationnelle qu’elles exercent.

Si cette planète existe réellement, elle est relativement jeune. Les chercheurs expliquent en effet que lors de sa phase « géante rouge », l’étoile a nécessairement « englouti » tous les objets se trouvant en orbite proche (comme le fera très certainement notre Soleil avec Mercure et Vénus, voire avec la Terre). « Toute planète pouvant potentiellement héberger de l’eau et donc de la vie serait un développement récent », en déduisent les chercheurs, qui ajoutent que cette hypothétique planète pourrait être habitable encore pendant un milliard d’années.

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Des planètes plus difficiles à détecter

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Les étoiles les plus massives terminent leur vie en supernova, puis deviennent des trous noirs ou des étoiles à neutrons. Mais plus de 95% de toutes les étoiles finiront par devenir des naines blanches, y compris le Soleil. L’étude du système de WD1054-226 est ainsi un aperçu du devenir de notre propre système solaire. Après s’être dilatée jusqu’à former une géante rouge, WD1054-226 a peu à peu perdu son enveloppe gazeuse externe ; seul son noyau a subsisté et se refroidit depuis des milliards d’années.

courbes lumière naine blanche
Toutes les courbes de lumière obtenues avec ULTRACAM, mises en phase avec la période de 25,02 heures. Les quatre campagnes distinctes sont délimitées par des couleurs séparées et étiquetées. Dans chaque série d’observations, la récurrence de pratiquement toutes les caractéristiques du transit peut être discernée. © J. Farihi et al.

Mais ces naines blanches, dont la taille est jusqu’à huit fois inférieure à leur taille initiale (lorsqu’elles étaient dans la séquence principale) sont évidemment beaucoup moins lumineuses. Ainsi, il est bien plus difficile pour les astronomes de repérer des planètes en orbite autour de ce type d’étoiles. C’est grâce à l’UTRLACAM — une caméra ultra rapide, fixée sur le New Technology Telescope, qui peut prendre jusqu’à 500 images par seconde — et aux données du Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), que Farihi et son équipe ont pu repérer cette potentielle exoplanète lors de quatre campagnes d’observation (en mars, avril et mai 2019, puis en février-mars 2020).

« La possibilité d’une planète dans la zone habitable est passionnante et aussi inattendue », déclarent-ils. Cette planète est très proche de son étoile, mais celle-ci, du fait qu’elle soit mourante, dégage relativement moins de chaleur, ce qui rapproche d’autant la zone d’habitabilité. Les chercheurs ont donc mis le doigt sur un monde qui pourrait potentiellement héberger une forme de vie, ce qui suscite toujours un vif intérêt de la part de toute la communauté d’astrophysiciens. Ces premières observations sont toutefois à confirmer. « Comme nous ne pouvons pas observer la planète directement, la confirmation pourrait venir de la comparaison des modèles informatiques avec d’autres observations de l’étoile et des débris en orbite », précise l’équipe.

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Source : J. Farihi et al., Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

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