Première découverte d’une exoplanète autour d’une naine blanche – Sciences et Avenir

Les naines blanches ne sont pas des étoiles au sens classique du terme. Elles ne brillent presque pas mais sont extrêmement chaudes et se refroidissent très lentement durant des milliards d’années. Depuis plusieurs années, les astronomes se demandent si des planètes orbitant autour de l’étoile originelle pouvaient survivre à la phase de géante rouge qui précède la formation de la naine blanche. On connaît enfin la réponse même s’il subsiste une infime incertitude.

Une détection difficile

Dans la revue Nature datée du 16 septembre 2020, Andrew Vanderburg de l’Université du Wisconsin à Madison annonce, avec la collaboration d’une vaste équipe internationale, la découverte de l’exoplanète WD 1856 b orbitant autour de WD 1856+534, une naine blanche située à 80 années-lumière de la Terre dans la constellation du Dragon et âgée d’au moins 6 milliards d’années. Elle a été découverte par le télescope TESS de la Nasa, le prolifique chasseur d’exoplanètes, qui utilise la méthode des transits pour repérer l’infime baisse de luminosité provoquée par le passage d’un objet devant une étoile. Une technique efficace mais ardue à appliquer dans cette situation : “C’est l’un des principaux défis dans l’observation des naines blanches. Leur faiblesse rend difficile la mesure précise de leur luminosité. De plus, et c’est un autre défi, les baisses de luminosité que nous recherchons (appelées transits) durent très peu de temps pour les naines blanches, parce qu’elles sont très petites. Par exemple, les baisses de luminosité causées par WD 1856 b ne durent qu’environ huit minutes, contre des heures pour les planètes en orbite autour d’étoiles comme le Soleil” explique Andrew Vanderburg.

Malgré ces difficultés, TESS a bien permis de déceler un objet orbitant autour de cette naine blanche. “Grâce à TESS nous avons des données de haute qualité sur les naines blanches partout dans le ciel. Parce que les naines blanches sont intrinsèquement ténues, nous ne pouvons observer que les plus brillantes dans le ciel. Elles sont dispersées tout autour de nous et nous avions donc besoin d’un télescope capable d’observer l’ensemble du ciel, comme TESS” précise le chercheur. Une fois le transit repéré par TESS, il a été confirmé par plusieurs télescopes au sol dont trois dirigés par des astronomes amateurs.

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Une belle réussite, insuffisante toutefois pour affirmer que l’astre en question est bien une planète. Ce pourrait être une autre étoile sombre, comme une naine brune car il n’est pas rare que les étoiles évoluent par paires dans l’Univers. Pour aider les chercheurs à préciser la nature de l’objet, Ian Crossfield, de l’Université du Kansas, a étudié ses émissions infrarouges à l’aide du télescope spatial Spitzer dans les mois qui ont précédé sa mise à la retraite, en janvier 2020.

Une exoplanète proche de son étoile

Spitzer n’as pas identifié d’émissions infrarouges ce qui signifie que l’objet en transit n’est sans doute pas une étoile qui elle aurait eu un spectre infrarouge détectable, les étoiles étant généralement plus chaudes que les planètes. De plus, il a retrouvé les mêmes “patterns” (“modèles” en anglais) de transits que dans les données de TESS. “Sur la base des résultats de TESS et de Spitzer nous sommes presque certains (mais pas sûrs à 100%) que WD 1856 b est une planète et pas une naine brune. Nous avons déterminé que sa masse est inférieure à environ 14 fois celle de Jupiter, ce qui nous donne une masse proche de la frontière entre les planètes et les naines brunes. Pour être complètement convaincu par nos résultats, il nous faut collecter d’autres données infrarouges mais Spitzer étant maintenant hors service, nous devrons donc probablement attendre le lancement du télescope spatial James Webb pour être sûr qu’il s’agit d’une planète”, précise Andrew Vanderburg.

Les astrophysiciens ont aussi déterminé la taille de WD 1856 b qui est grosso modo celle de Jupiter (elle est donc bien plus grosse que la naine blanche autour de laquelle elle tourne qui a la taille de la Terre !) et montré qu’elle était toute proche de son étoile puisqu’une année sur cette planète ne dure que 34 heures, contre 90 jours par exemple pour Mercure la planète la plus proche du Soleil. Il est impossible que cette planète ait évolué tout au long de sa vie à cette distance sinon elle aurait été vaporisée par l’étoile lors de sa phase de géante rouge. Elle devait donc se situer plus loin, à environ 1 unité astronomique (soit la distance Terre-Soleil) selon les estimations, avant que l’agitation consécutive à la transformation de son étoile ne la précipite toute proche de celle-ci.

Des implications pour le système solaire

Ce travail soutient la théorie, envisagée de longue date, selon laquelle des planètes géantes peuvent survivre à la création d’une naine blanche et migrer vers une orbite serrée autour de leur étoile. Des indications allaient déjà dans ce sens avec notamment la récente découverte d’une planète autour d’une géante rouge, d’un fragment planétaire en orbite près d’une naine blanche et enfin avec la détection indirecte d’une géante gazeuse en train de s’évaporer autour d’une autre étoile du même type. Avec ce premier transit observé, cette quête prend fin mais une autre commence : identifier de nouveaux candidats planétaires autour de naines blanches et pourquoi pas des planètes rocheuses et potentiellement habitables

La découverte de WD 1856 b offre également des pistes pour comprendre l’avenir du système solaire. Les naines blanches constituent la dernière étape de l’évolution des étoiles qui possèdent une masse similaire au Soleil et jusqu’à 8 à 10 fois celle-ci. Après avoir consommé leur carburant, c’est-à-dire l’hydrogène, elles finissent par exploser en formant une nébuleuse planétaire. Au centre de laquelle se trouvera la naine blanche, le noyau mis à nu de l’ancienne étoile. Notre étoile, le Soleil, finira lui aussi ainsi sa vie, dans quelque 5 à 6 milliards d’années. Auparavant, il connaîtra une phase d’inflation durant laquelle il grossira pour atteindre cent fois la taille qu’il a qu’aujourd’hui et former une géante rouge. “Au cours de ce processus, nous pensons que les planètes proches comme Mercure, Vénus et peut-être la Terre seront englouties par l’étoile en expansion. Mais les planètes extérieures survivront sans doute et après la formation de la naine blanche, les interactions gravitationnelles qu’elles exercent les unes sur les autres augmenteront (car la gravité de la naine blanche n’est pas aussi forte que celle de l’étoile originelle). Ce changement d’influence gravitationnelle pourrait amener les planètes comme Jupiter à migrer à proximité du nouvel astre, comme doit l’avoir fait WD 1856 b”, résume Andrew Vanderburg. D’autres mécanismes ont aussi été envisagés pour expliquer la migration de la planète, dans le cas où elle est isolée notamment.

Dans quelques années, le lancement du James Webb Telescope est prévu pour 2021, on aura plus d’information sur cette planète et l’engin contribuera certainement à trouver d’autres survivantes du même type. Et il se pourrait même qu’une nouvelle génération de planètes naissent des débris des astres disloqués par une géante rouge et forment un nouveau système autour d’une naine blanche. A suivre donc.

Les naines blanches ne sont pas des étoiles au sens classique du terme. Elles ne brillent presque pas mais sont extrêmement chaudes et se refroidissent très lentement durant des milliards d’années. Depuis plusieurs années, les astronomes se demandent si des planètes orbitant autour de l’étoile originelle pouvaient survivre à la phase de géante rouge qui précède la formation de la naine blanche. On connaît enfin la réponse même s’il subsiste une infime incertitude.

Une détection difficile

Dans la revue Nature datée du 16 septembre 2020, Andrew Vanderburg de l’Université du Wisconsin à Madison annonce, avec la collaboration d’une vaste équipe internationale, la découverte de l’exoplanète WD 1856 b orbitant autour de WD 1856+534, une naine blanche située à 80 années-lumière de la Terre dans la constellation du Dragon et âgée d’au moins 6 milliards d’années. Elle a été découverte par le télescope TESS de la Nasa, le prolifique chasseur d’exoplanètes, qui utilise la méthode des transits pour repérer l’infime baisse de luminosité provoquée par le passage d’un objet devant une étoile. Une technique efficace mais ardue à appliquer dans cette situation : “C’est l’un des principaux défis dans l’observation des naines blanches. Leur faiblesse rend difficile la mesure précise de leur luminosité. De plus, et c’est un autre défi, les baisses de luminosité que nous recherchons (appelées transits) durent très peu de temps pour les naines blanches, parce qu’elles sont très petites. Par exemple, les baisses de luminosité causées par WD 1856 b ne durent qu’environ huit minutes, contre des heures pour les planètes en orbite autour d’étoiles comme le Soleil” explique Andrew Vanderburg.

Malgré ces difficultés, TESS a bien permis de déceler un objet orbitant autour de cette naine blanche.

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