Située à 5.96 années-lumière de la Terre, l’étoile de Barnard est la cinquième étoile la plus plus proche du Soleil. Il s’agit d’une naine rouge activement étudiée depuis sa découverte en raison de sa proximité avec la Terre, et les recherches se sont notamment focalisées sur la détection de potentielles exoplanètes. Après la controverse scientifique de 1973 sur la présence d’hypothétiques planètes joviennes autour de l’étoile, c’est bien une super-Terre qu’une collaboration internationale d’astrophysiciens a récemment détecté. 

Les naines rouges sont beaucoup plus petites et plus froides que le Soleil et peuvent avoir une activité magnétique chaotique, allant de périodes de calme presque complet à des éruptions stellaires violentes, mais l’étoile de Barnard est l’une des naines rouges connues les plus discrètes. Son environnement stellaire relativement propice et sa proximité avec la Terre ont fait de l’étoile de Barnard le lieu idéal pour trouver des exoplanètes.

Toutefois, pendant longtemps, les signes de l’existence de telles planètes autour de Barnard sont restés invisibles, malgré les recherches inlassables des astrophysiciens ayant usé de nombreuses méthodes de détection différentes. Des perturbations dans les données stellaires recueillies suggéraient cependant la présence d’un phénomène transitoire.

Des indices observationnels sur la présence d’une exoplanète

« Ce n’était pas véritablement un moment « eurêka » » explique l’astrophysicien Ignasi Ribas, de l’Institut des sciences de l’espace en Espagne. « En 2015, nous observions déjà un signal provenant des données issues des observations de l’étoile effectuées par plusieurs observatoires. Mais la signification statistique était faible ».

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La proximité de l’étoile de Barnard avec la Terre, seulement 5.96 années-lumière, a permis aux scientifiques de recueillir de nombreuses données sur l’étoile, son activité et son environnement. Crédits : IEEC/Science-Wave – Guillem Ramisa

Après avoir observé l’étoile de manière plus approfondie afin de préciser la nature du signal, la collaboration internationale de chercheurs est devenue de plus en plus confiante quant à la présence effective d’une exoplanète. Les scientifiques ont analysé deux décennies de mesures de la vitesse radiale à partir de sept spectromètres différents, en éliminant soigneusement les fluctuations statistiques et les interférences des instruments (bruit de fond, biais). Les résultats de la découverte ont été publiés dans la revue Nature.

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« Nous sommes tout à fait certains qu’une variation périodique de l’étoile avec une amplitude de 1.2 mètre par seconde et une période orbitale de 233 jours est présente » indique Ribas. « Cependant, il existe des phénomènes stellaires qui pourraient être responsables de ce type de signaux ».

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La découverte et l’analyse d’un signal périodique de 233 jours, identifié dans les données relatives à l’étoile de Barnard, a permis de détecter la présence de l’exoplanète. Crédits : I. Ribas et al. 2018

Pour écarter d’autres phénomènes stellaires, l’équipe a procédé à des simulations approfondies afin de vérifier la probabilité des explications alternatives. Ils ont estimé que la probabilité que le signal de 233 jours soit dû à l’activité des étoiles, est inférieure à 0.8%. « Après tous les tests, le signal a survécu tant par sa signification que par sa nature, et nous avons donc conclu que l’explication la plus plausible était la résultante du mouvement képlérien causé par une planète. Nous en sommes au moins à 99.2% sûrs… » affirme Ribas.

Une super-Terre glacée autour de l’étoile de Barnard

La Super-Terre potentielle — une planète dont la masse est supérieure à celle de la Terre mais inférieure à celle des géantes de glace comme Uranus — a donc été détectée à proximité de la ligne des glaces de l’étoile de Barnard. C’est la distance la plus proche d’une étoile à laquelle des composants planétaires, tels que l’eau et d’autres gaz, peuvent s’agglomérer et se condenser pour former une protoplanète potentielle. C’est aussi la distance la plus proche du lieu où se trouveraient la plupart de ces composants.

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Vue d’artiste de la super-Terre orbitant l’étoile de Barnard. Crédits : IEEC/Science-Wave – Guillem Ramisa

Cependant, les détails de cet objet restent encore un mystère. « Nous en savons très peu sur les propriétés de la planète » explique Ribas. « Sa masse devrait être autour de 3.2 masses terrestres et par conséquent, il pourrait s’agir d’une planète rocheuse, ou peut-être d’une mini-Neptune. En tout cas, il s’agit presque certainement d’un monde gelé et inhospitalier, car sa température d’équilibre est d’environ -170 °C ».

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Vue d’artiste de la surface de l’exoplanète orbitant l’étoile de Barnard. Au regard des températures et de la très faible quantité de chaleur reçue par son étoile, la super-Terre est très probablement un monde gelé inhospitalier. Crédits : ESO/M. Kornmesser

La prochaine génération d’instruments d’observation devrait être capable de prendre des images directes et de mesurer le spectre de la lumière à partir de la Terre, de planètes relativement proches, comme celle située autour de l’étoile de Barnard. Pour la suite, Ribas et ses collègues vont continuer de recueillir des données sur les propriétés de l’étoile de Barnard afin de, peut-être, détecter d’autres planètes potentielles qui orbiteraient la naine rouge.

Source : Nature

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