Découverte de deux super-Terres potentiellement habitables situées à seulement 100 années-lumière

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Vue d'artiste de l'une des deux super-Terres, LP 890-9c. | Trust My Science (licence d'image accessible ici)
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Depuis 1995, des centaines d’exoplanètes ont été détectées, révélant que la plupart des étoiles de notre galaxie hébergent leur propre système planétaire. Certains d’entre eux abritent des planètes situées dans la zone habitable de leur étoile, ce qui motive la quête spatiale d’autres formes de vie. Récemment, une équipe internationale a découvert deux super-Terres dans la zone habitable de la naine rouge LP 890-9. L’une d’entre elles pourrait être la deuxième exoplanète la plus habitable découverte à ce jour.

À l’ère du télescope spatial James Webb, les exoplanètes terrestres tempérées transitant par des naines rouges, ultra-froides, offrent des opportunités uniques pour caractériser leurs atmosphères, ainsi que pour la recherche des biosignatures de gaz. L’objectif est de comprendre à quelle fréquence et dans quelles conditions la vie peut apparaître.

C’est dans ce but que le projet SPECULOOS (« Search for habitable Planets EClipsing ULtra-cOOl Stars ») a été créé. Bien que SPECULOOS ait démarré officiellement ses opérations scientifiques en 2019, il a été initié en 2011 comme enquête prototype ciblant une cinquante des naines rouges les plus brillantes du côté sud avec le télescope TRAPPIST Sud. Ce prototype d’enquête a conduit à la découverte du système TRAPPIST-11, composé de sept planètes telluriques transitant par une naine ultra-froide M8V proche.

La découverte de ce système de référence a provoqué une vague d’études de suivi théoriques et observationnelles, de sorte que les planètes TRAPPIST-1 sont aujourd’hui les planètes terrestres les mieux étudiées en dehors de notre système solaire. En effet, les auteurs de cette découverte déclaraient en 2017 dans un communiqué : « Le système Trappist-1 est le plus grand trésor de planètes de taille terrestre jamais détectées autour d’une seule étoile ».

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Récemment, une équipe internationale de scientifiques, menée par Laetitia Delrez, astrophysicienne à l’Université de Liège, vient d’annoncer la découverte de deux planètes de type « super-Terre » en orbite autour d’une étoile naine rouge sombre, TOI-4306. Il s’agit de la deuxième étoile la plus froide autour de laquelle des planètes sont détectées, après TRAPPIST-1, située à une centaine d’années-lumière de notre Terre. Ces planètes rocheuses sont légèrement plus grandes que la Terre et semblent habitables. D’ailleurs, l’une d’elles pourrait être la deuxième exoplanète la plus habitable découverte à ce jour. Ces travaux sont publiés dans la revue Astronomy & Astrophysics.

Découverte en synergie

Cette détection de deux super-Terres tempérées transitant par l’étoile naine voisine LP 890-9 fut fortuite. En effet, la planète la plus intérieure (TOI-4306.01) a été détectée pour la première fois par TESS. Cette annonce a déclenché une surveillance photométrique intensive depuis l’Observatoire Sud SPECULOOS, qui a conduit à la découverte d’une deuxième planète en transit à plus longue période, auparavant non détectée par TESS.

Concrètement, la première planète a une taille d’environ 30% supérieure à celle de la Terre et réalise une orbite complète autour de l’étoile en seulement 2,7 jours, bien trop rapide pour y maintenir la vie. Les chercheurs de l’ULiège ont utilisé leurs télescopes terrestres SPECULOOS pour confirmer et caractériser cette planète, et aussi sonder le système en profondeur à la recherche d’autres planètes.

Laetitia Delrez, chargée de recherches FNRS au sein des unités de recherche Astrobiology et STAR (Faculté des Sciences) de l’ULiège, et auteure principale de l’étude, explique dans un communiqué : « TESS recherche des exoplanètes par la méthode des transits, en surveillant la luminosité de milliers d’étoiles simultanément, à l’affut de petites baisses de flux lumineux qui pourraient être causées par le passage de planètes devant leurs étoiles ».

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Cependant, l’utilisation de télescopes terrestres est primordiale pour confirmer le caractère tellurique des découvertes et permettre des mesures précises de la taille et des propriétés orbitales. Ce suivi est particulièrement important dans le cas d’étoiles très froides, telles que LP 890-9, qui émettent leur lumière principalement dans le proche infrarouge et pour lesquelles TESS n’a qu’une sensibilité limitée.

C’est pourquoi les télescopes SPECULOOS, dirigés par l’ULiège et installés au sein de l’Observatoire Européen Austral (ESO) de Paranal au Chili (SPECULOOS sud) et à l’Observatoire du Teide à Ténérife (SPECULOOS nord), visent à détecter les planètes terrestres éclipsant certaines des étoiles les plus petites et les plus froides du voisinage solaire. Ils sont dotés de caméras très sensibles dans le proche infrarouge.

Michaël Gillon, maître de recherches FNRS, co-directeur de l’unité de recherches Astrobiology de l’ULiège, déclare : « Le but de SPECULOOS est de rechercher des planètes terrestres potentiellement habitables en transit autour des étoiles les plus petites et froides du voisinage solaire, comme le système planétaire TRAPPIST-1, que nous avons découvert en 2016 grâce à un projet pilote avec notre télescope TRAPPIST-Sud ».

Une planète proche des caractéristiques de la Terre

Ainsi, les observations via SPECULOOS ont permis de confirmer la première planète, mais aussi d’en détecter une deuxième comme mentionnée précédemment. Cette seconde planète, LP 890-9c (renommée SPECULOOS-2c par les chercheurs de l’ULiège), a une taille semblable à la première — environ 40% supérieure à la Terre —, mais présente une période orbitale plus longue, d’environ 8,5 jours. Cette période orbitale, confirmée par la suite avec l’instrument MuSCAT3 à Hawaï, place la planète dans la zone dite « habitable » autour de son étoile.

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Comparaison entre le système LP 890-9 et le système solaire interne. Le système LP 890-9 est beaucoup plus compact : ses deux planètes pourraient facilement s’insérer dans l’orbite de Mercure, la planète la plus intérieure de notre système solaire. © Adeline Deward (RISE-Illustration)

Francisco J. Pozuelos, chercheur à l’Institut d’Astrophysique d’Andalousie, souligne : « Bien que cette planète soit très proche de son étoile, à une distance environ 10 fois inférieure à celle de Mercure autour de notre soleil, la quantité de rayonnement stellaire qu’elle reçoit reste faible, et pourrait permettre la présence d’eau liquide à la surface de la planète, pour autant qu’elle ait une atmosphère suffisante ».

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Cette présence potentielle d’eau liquide serait principalement due au fait que l’étoile LP 890-9 est environ 6,5 fois plus petite que le Soleil et qu’elle a une température de surface deux fois moins élevée. De facto, même si la planète est plus proche, elle présente tout de même des «conditions propices à la vie ».

Par la suite, les chercheurs veulent étudier ce système, notamment SPECULOOS-2c, grâce au télescope spatial James Webb afin de caractériser son atmosphère, comme ce fut le cas récemment pour l’exoplanète WASP-39b. Comme le précise Laetitia Delrez, contrairement aux planètes du système TRAPPIST-1, il faut tenir compte du fait que « LP 890-9c est située à proximité de la limite intérieure de la zone habitable et pourrait par conséquent avoir une atmosphère particulièrement riche en vapeur d’eau, ce qui boosterait alors ses signaux atmosphériques ».

Les auteurs concluent : « La découverte de LP 890-9c offre une opportunité unique de pouvoir mieux comprendre et contraindre les conditions d’habitabilité autour des étoiles les plus petites et froides de notre voisinage solaire ».

Source : Astronomy & Astrophysics

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