La NASA pourrait avoir détecté la toute première exoplanète intacte orbitant une naine blanche

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| NASA

Orbiter une naine blanche n’est pas un processus simple ni exempt de danger pour une planète. En effet, lorsqu’une étoile arrive en fin de vie et se transforme en naine blanche, elle explose en supernova, la violence de l’onde de choc et de l’énergie projetée dans toutes les directions désintégrant majoritairement tous les corps à proximité de l’étoile, y compris les planètes potentielles. Il est donc courant de retrouver des débris rocheux autour de ces cadavres d’étoiles, plutôt que des objets ayant gardé leur intégrité. Pourtant, il est possible que TESS et Spitzer aient observé une survivante possible à l’un de ces événements. En effet, en utilisant les deux télescopes, une équipe d’astrophysiciens pourrait avoir détecté la première exoplanète encore entière autour d’une naine blanche.

Une équipe internationale d’astronomes utilisant le Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) de la NASA et le télescope Spitzer, désormais à la retraite, a rapporté ce qui pourrait être la première planète intacte trouvée en orbite près d’une naine blanche, le reste dense d’une étoile semblable au Soleil, seulement 40% plus grande que la Terre. L’objet de la taille de Jupiter, appelé WD 1856 b, est environ sept fois plus grand que la naine blanche, nommée WD 1856+534. Elle en fait le tour toutes les 34 heures, plus de 60 fois plus vite que Mercure orbite autour de notre soleil.

« WD 1856 b s’est en quelque sorte rapprochée très près de sa naine blanche et a réussi à rester en un seul morceau. Le processus de création des naines blanches détruit généralement les planètes proches, et tout ce qui se rapproche plus tard est généralement déchiré par l’immense gravité de l’étoile. Nous avons encore beaucoup de questions sur la façon dont WD 1856 b est arrivée à son emplacement actuel sans rencontrer l’un de ces destins », explique Andrew Vanderburg, professeur d’astronomie à l’Université du Wisconsin-Madison.

TESS surveille de grandes parties du ciel, appelées secteurs, pendant près d’un mois à la fois. Ce long regard permet au satellite de trouver des exoplanètes au-delà de notre système solaire, en capturant les changements de luminosité stellaire provoqués lorsqu’une planète passe devant (ou transite) son étoile. Le satellite a repéré WD 1856 b à environ 80 années-lumière dans la constellation nord du Dragon. Elle tourne autour d’une naine blanche froide et silencieuse qui mesure environ 18’000 kilomètres de diamètre, peut avoir jusqu’à 10 milliards d’années, et est un membre éloigné d’un système à trois étoiles.

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Rapprochement de WD 1856 b vers son étoile : plusieurs scénarios envisagés

Lorsqu’une étoile semblable au Soleil manque de carburant, elle gonfle jusqu’à des centaines à des milliers de fois sa taille d’origine, formant une étoile géante rouge plus froide. Finalement, elle éjecte ses couches externes de gaz, perdant jusqu’à 80% de sa masse. Le noyau chaud restant devient une naine blanche. Tous les objets à proximité sont généralement engloutis et incinérés au cours de ce processus. Vanderburg et ses collègues estiment donc que la planète devait provenir d’au moins 50 fois plus loin que son emplacement actuel.

« Nous savons depuis longtemps qu’après la naissance des naines blanches, de petits objets éloignés tels que des astéroïdes et des comètes peuvent se disperser vers ces étoiles. Ils sont généralement séparés par la forte gravité d’une naine blanche et se transforment en disque de débris », explique Siyi Xu, astronome à l’Observatoire international des Gémeaux à Hilo. L’équipe suggère plusieurs scénarios qui auraient pu pousser WD 1856 b sur un chemin elliptique autour de la naine blanche. Cette trajectoire serait devenue plus circulaire au fil du temps à mesure que la gravité de l’étoile étirait l’objet, créant d’énormes marées qui dissipaient son énergie orbitale.

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Le scénario le plus probable pour expliquer le rapprochement de WD 1856 b vers son étoile implique les interactions gravitationnelles de la planète avec d’autres corps potentiels de taille similaire. Crédits : NASA/TMS

« Le cas le plus probable concerne plusieurs autres corps de la taille de Jupiter proches de l’orbite originale de WD 1856 b. L’influence gravitationnelle d’objets de cette taille pourrait facilement permettre l’instabilité dont vous auriez besoin pour pousser une planète vers l’intérieur. Mais à ce stade, nous avons encore plus de théories que de données concrètes », indique Juliette Becker, planétologue au Caltech.

D’autres scénarios possibles impliquent le tiraillement gravitationnel progressif des deux autres étoiles du système, les naines rouges G229-20 A et B, sur des milliards d’années, et le survol d’une étoile isolée perturbant le système. L’équipe de Vanderburg pense que ces explications et d’autres sont moins probables car elles nécessitent des conditions finement réglées pour obtenir les mêmes effets que les planètes compagnons géantes potentielles.

Les objets de la taille de Jupiter peuvent occuper une vaste gamme de masses, des planètes à peine quelques fois plus massives que la Terre aux étoiles de faible masse des milliers de fois plus massives que la Terre. D’autres sont des naines brunes, qui chevauchent la ligne entre la planète et l’étoile. En général, les scientifiques se tournent vers les observations de vitesse radiale pour mesurer la masse d’un objet, ce qui peut indiquer sa composition et sa nature.

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Les données pointent vers une planète d’environ 14 fois la taille de Jupiter

Cette méthode fonctionne en étudiant comment un objet en orbite tire sur son étoile et modifie la couleur de sa lumière. Mais dans ce cas, la naine blanche est si vieille que sa lumière est devenue à la fois trop faible et trop dépourvue de propriétés spécifiques pour que les astrophysiciens puissent détecter des changements notables.

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Graphique montrant les courbes lumineuses obtenues par la méthode du transit via différents télescopes, dont TESS et Spitzer. Crédits : Andrew Vanderburg et al. 2020

Au lieu de cela, l’équipe a observé le système dans l’infrarouge à l’aide de Spitzer, quelques mois à peine avant la mise hors service du télescope. Si WD 1856 b était une étoile naine brune ou de faible masse, elle émettrait sa propre lueur infrarouge. Cela signifie que Spitzer enregistrerait un transit plus brillant qu’il ne le ferait si l’objet était une planète, qui bloquerait plutôt la lumière. Lorsque les chercheurs ont comparé les données de Spitzer aux observations de transit en lumière visible prises avec le Gran Telescopio Canarias en Espagne, ils n’ont constaté aucune différence perceptible.

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Cela, combiné à l’âge de l’étoile et à d’autres informations sur le système, les a amenés à conclure que WD 1856 b est très probablement une planète ne dépassant pas 14 fois la taille de Jupiter. Des recherches et observations futures pourront peut-être confirmer cette conclusion. La découverte d’un monde possible en orbite autour d’une naine blanche a incité Lisa Kaltenegger, Vanderburg et d’autres à considérer les implications pour l’étude des atmosphères de petits mondes rocheux dans des situations similaires.

Par exemple, supposons qu’une planète de la taille de la Terre soit située dans la plage des distances orbitales autour de WD 1856, où l’eau pourrait exister à sa surface. À l’aide d’observations simulées, les chercheurs montrent que le futur télescope spatial James Webb de la NASA pourrait détecter de l’eau et du dioxyde de carbone sur le monde hypothétique en observant seulement cinq transits.

Sources : Nature

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