Première découverte d’une exoplanète située en dehors de notre galaxie

Jusqu’à présent, toutes les exoplanètes confirmées et autres planètes candidates potentielles ont été détectées au sein de notre Voie lactée. Elles se situent quasiment toutes à moins de 3 000 années-lumière de la Terre. Mais pour la première fois, une potentielle exoplanète a été repérée en dehors de notre galaxie : elle orbite autour d’une étoile binaire, à près de 28 millions d’années-lumière !

Cette planète candidate est située dans la galaxie Messier 51 (M51), une galaxie spirale située dans la constellation des Chiens de chasse. Si sa nature est confirmée, il s’agira de l’exoplanète la plus lointaine jamais découverte, des milliers de fois plus éloignée que celles détectées dans la Voie lactée. « Nous essayons d’ouvrir une toute nouvelle voie pour trouver d’autres mondes en recherchant des planètes candidates aux longueurs d’onde des rayons X, une stratégie qui permet de les découvrir dans d’autres galaxies », a déclaré l’astrophysicienne Rosanne Di Stefano, qui a dirigé l’équipe à l’origine de cette découverte.

Cette potentielle exoplanète lointaine a été détectée via une technique inspirée de la méthode des transits — qui vise à détecter indirectement la présence d’une planète en orbite autour d’une étoile, à partir de la baisse de luminosité occasionnée de façon régulière par le passage de la planète entre l’observateur et l’étoile. Habituellement, ces observations sont effectuées depuis la Terre ou l’espace dans la gamme du rayonnement visible. Di Stefano et ses collègues ont cette fois-ci recherché des baisses d’intensité de rayons X issus de systèmes binaires — une méthode qu’ils ont mise au point en 2018.

Plus de 200 systèmes binaires passés au crible

Ces systèmes binaires se composent généralement des restes d’une étoile massive (étoile à neutrons ou trou noir) accompagnés d’une autre étoile en orbite rapprochée ; le matériau absorbé par l’étoile morte est en surchauffe et brille intensément dans la gamme des rayons X. Or, cette zone particulière d’où sont émis les rayons X est plutôt restreinte ; par conséquent, une planète qui passerait au-devant bloquerait la plupart ou la totalité de ce rayonnement, rendant le transit particulièrement « visible ».

Cette approche permet ainsi de détecter des exoplanètes à des distances beaucoup plus grandes que ne le permettent les observations actuelles de transit de lumière optique, qui nécessitent de détecter de minuscules variations de la lumière (la planète ne bloquant qu’une infime partie de la lumière de l’étoile).

Di Stefano et ses collaborateurs ont recherché des transits de rayons X dans trois galaxies localisées au-delà de la Voie lactée, en utilisant le télescope Chandra de la NASA et le XMM-Newton de l’Agence spatiale européenne. Leur recherche a porté sur 55 systèmes dans la galaxie M51, 64 systèmes dans la galaxie Messier 101 (aussi nommée galaxie du Moulinet) et 119 systèmes dans Messier 104 (la galaxie du Sombrero). Dans ce très large éventail de données, ils n’ont trouvé qu’un seul signal pouvant correspondre à une exoplanète : le 20 septembre 2012, un objet a bloqué tous les rayons X du système binaire M51-ULS-1 pendant environ trois heures.

Ce système binaire comporte un trou noir ou une étoile à neutrons, en orbite autour d’une étoile dont la masse est environ 20 fois celle du Soleil. Sur la base des données récoltées sur ce système par Chandra, les chercheurs estiment que l’exoplanète candidate, qui aurait bloqué le rayonnement, aurait à peu près la taille de Saturne ; elle orbiterait autour de l’étoile morte à environ deux fois la distance de Saturne au Soleil.

De nombreuses autres exoplanètes à découvrir

Cette découverte nécessite évidemment davantage de recherches et de données pour confirmer avec certitude qu’il s’agit d’une exoplanète. Le problème est que cette planète candidate décrit une orbite très étendue : elle met environ 70 ans pour faire le tour de l’étoile voisine ! « Pour confirmer que nous voyons une planète, nous devrions probablement attendre des décennies pour voir un autre transit. Et en raison des incertitudes sur la durée de la mise en orbite, nous ne saurions pas exactement quand regarder », a déclaré Nia Imara, astrophysicienne à l’Université de Californie à Santa Cruz et co-auteure de l’étude relatant la découverte, à paraître dans Nature Astronomy.

Cette atténuation temporaire des rayons X pourrait éventuellement trouver une autre origine, telle que le passage d’un nuage de gaz et de poussières. Mais selon les chercheurs, c’est tout de même peu probable ; le passage d’une planète serait bien plus cohérent avec les données récoltées. S’il s’agit bien d’une exoplanète, cela signifie aussi qu’elle a réussi à « survivre » à l’explosion de supernova qui a créé l’étoile à neutrons ou le trou noir. De même, les experts pensent que l’étoile voisine pourrait elle aussi terminer sa vie en supernova, ce qui exposerait à nouveau la planète à un rayonnement particulièrement intense ; son existence est donc potentiellement menacée.

Près de 4800 exoplanètes ont déjà été repérées dans notre galaxie ; même s’ils restent à confirmer, ces nouveaux résultats suggèrent qu’il pourrait y avoir de nombreuses autres exoplanètes à découvrir au-delà de notre propre galaxie. À présent, l’équipe va examiner en détail les archives de données de Chandra et XMM-Newton pour tenter de repérer d’autres exoplanètes potentielles, en particulier dans les galaxies M31 et M33 qui sont beaucoup plus proches que M51. Ils envisagent également d’appliquer leur méthode à des sources de rayons X connues de la Voie lactée, pour découvrir d’éventuelles nouvelles planètes.

Source : Center for Astrophysics Harvard & Smithsonian