DÉCOUVERTES DE DEUX SYSTÈMES PLANÉTAIRES AUTOUR D'ÉTOILES SIMILAIRES AU SOLEIL
Une étude publiée aujourd'hui dans la revue Astronomy & Astrophysics annonce la découverte de deux nouveaux systèmes planétaires en orbite autour d'étoiles similaires à notre Soleil : TOI-1736 et TOI-2141. L'étude est dirigée par Eder Martioli, chercheur au Laboratório Nacional de Astrofísica au Brésil et chercheur associé à l'Institut d'astrophysique de Paris (IAP), et par Guillaume Hébrard (CNRS, IAP). Les observations ont été effectuées depuis l'espace et l'Observatoire de Haute-Provence. Ces nouvelles exoplanètes sont de types mini-Neptune et super-Jupiter ; elles n'ont pas d'équivalent dans le Système solaire.
La découverte de la première exoplanète en 1995 à l'Observatoire de Haute-Provence, qui a valu le prix Nobel de physique aux astronomes Michel Mayor et Didier Queloz, a provoqué une révolution dans notre compréhension des systèmes planétaires. Aujourd’hui, plus de 5500 exoplanètes sont connues. Nous savons aujourd'hui que le Système solaire n’est pas unique et ne contient pas tous les types possibles de planètes.
Figure 1 : Instruments ayant permis la détection et la caractérisation des systèmes planétaires TOI-2141 et TOI-1736. Le panneau en haut à gauche présente le satellite observatoire TESS de la NASA. Il a détecté les faibles baisses de lumière stellaire provoquées par les transits de chaque planète devant son étoile. L'image de fond est une photo du dôme du Télescope 193 cm à l'Observatoire de Haute-Provence, sur lequel est installé l'instrument SOPHIE. Cet instrument a établi que les candidats identifiés par TESS étaient bien des planètes : TOI-2141b et TOI-1736b. Il a également détecté une planète supplémentaire, TOI-1736c, non vue par TESS. Enfin, SOPHIE a pu caractériser toutes ces planètes par la méthode dite des vitesses radiales, mesurant notamment leurs masses.
Crédits : NASA et Eder Martioli.
Les résultats publiés aujourd'hui se concentrent sur l'étude de deux étoiles très semblables au Soleil, chacune hébergeant une mini-Neptune et l'une d'elles hébergeant également un super-Jupiter. Une mini-Neptune est une planète similaire à Neptune mais plus petite qu'elle et plus grosse que la Terre1 ; un super-Jupiter est une planète géante bien plus massive que Jupiter2. Ces nouveaux résultats ont été obtenus en combinant les observations de plusieurs instruments (voir figure 1), et notamment Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) et SOPHIE. TESS est un satellite observatoire de la NASA qui détecte les exoplanètes lorsqu'elles passent juste devant leurs étoiles hôtes, en observant les faibles baisses de la lumière stellaire que cela provoque. Le spectrographe SOPHIE est installé au Télescope de 193 cm de l'Observatoire de Haute-Provence, dans le Sud de la France. Régulé en température et en pression, sa grande stabilité et sa haute précision lui permettent de détecter les exoplanètes par les petites perturbations qu'elles provoquent sur le mouvement de leurs étoiles hôtes.
Le système planétaire TOI-2141
Le premier système de cette découverte, TOI-2141, est constitué d'une étoile située à 250 années-lumière de nous, de diamètre presque identique et d'un âge légèrement plus avancé que notre Soleil. Sa composition chimique révèle également une rareté d’éléments lourds par rapport au Soleil. En astrophysique, on appelle élément lourd toute espèce chimique plus lourde que l'hélium. Ces éléments lourds sont pour la plupart synthétisés par les étoiles. Leur quantité est également un facteur important dans le processus de formation planétaire.
La planète TOI-2141b a un diamètre seulement trois fois plus grand que celui de la Terre ; il s'agit donc d'une mini-Neptune. 24 fois plus massive que notre planète, elle effectue une orbite tous les 18,3 jours autour de son étoile. En raison de sa proximité à cette étoile (seulement 13 % de la distance entre la Terre et le Soleil), on estime que la température de la planète est d’environ 450 degrés. Sa densité suggère la présence d'un noyau rocheux et d'une atmosphère contenant une grande quantité de vapeur d'eau. Notre Système solaire ne comporte pas de planète avec de telles caractéristiques.
Figure 2 : Vue d'artiste du système planétaire TOI-1736, avec des représentations du super-Jupiter TOI-1736c (à gauche) et de la mini-Neptune TOI-1736b (au centre).
Crédit : Leandro de Almeida.
Le système planétaire TOI-1736
Le deuxième système de cette découverte, TOI-1736, est encore plus exotique (voir figure 2). Situé à 290 années-lumière, l'étoile est similaire au Soleil. Elle est cependant la composante principale d'une étoile binaire, car étant accompagnée d'une seconde étoile, plus petite et plus froide. Au moins deux planètes ont été détectées autour de cette étoile principale.
La première, TOI-1736b, est une nouvelle mini-Neptune, avec un diamètre 2,5 fois plus grand que celui de la Terre, et une masse 13 fois supérieure. Elle a une orbite de 7,1 jours autour de son étoile, dont elle est très proche : seulement 7 % de la distance Terre-Soleil. En raison de cette proximité, la planète reçoit un fort rayonnement de l'étoile, entraînant une température atmosphérique estimée à 800 degrés.
La deuxième planète, TOI-1736c, est neuf fois plus massive que Jupiter, la plus grosse planète du Système solaire. Classée comme super-Jupiter, elle complète une orbite tous les 570 jours autour de son étoile. Cette planète se trouve dans la zone habitable de son étoile. Cette zone est définie comme la région autour de l'étoile ayant une température appropriée pour permettre l'existence d'eau liquide à la surface de la planète. Comme Jupiter, TOI-1736c est très probablement une planète géante gazeuse ; elle ne devrait donc pas avoir une surface solide. Cependant, si la planète TOI-1736c devait héberger une lune, celle-ci pourrait avoir une atmosphère et de l'eau liquide à sa surface, et, peut-être, pourrait constituer un monde habitable.
Les observations de TOI-1736 ont révélé des indications d'une possible troisième planète en orbite à une plus grande distance, nécessitant une surveillance à long terme pour sa confirmation. L’équipe, et notamment l'IAP, continuent donc d’observer TOI-1736 avec le spectrographe SOPHIE à l'Observatoire de Haute-Provence, dans l’espoir de recueillir prochainement plus d’informations sur cette étoile semblable au Soleil mais hébergeant un système planétaire remarquablement différent.
Notes
1. La masse de Neptune est de 17 fois celle de la Terre, et son diamètre, un peu moins de quatre fois celui de la Terre.
2. Jupiter a un diamètre onze fois plus grand que celui de la Terre, et une masse 320 fois plus élevée.
Liens
L'article scientifique publié aujourd'hui dans la revue Astronomy & Astrophysics par Martioli, Hébrard, de Almeida, Heidari et al. (2023), « TOI-1736 and TOI-2141: two systems including sub-Neptunes around solar analogs revealed by TESS and SOPHIE »
Le spectrographe SOPHIE à l'OHP
Rédaction et contacts
- Eder Martioli
Laboratório Nacional de Astrofísica, Itajubá, Brésil (chercheur associé à l'IAP)
eder [point] martioli [à] iap [point] fr - Guillaume Hébrard
Institut d’astrophysique de Paris, CNRS, Sorbonne Université
guillaume [point] hebrard [à] iap [point] fr
Rédaction web : Valérie de Lapparent
Mise en page : Jean Mouette
Décembre 2023