Les astronomes ont-ils trouvé la première planète en dehors de la Voie lactée ? C’est compliqué

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  • La galaxie Whirlpool, à quelque 28 millions d’années-lumière de la Terre, ressemble à nos télescopes comme un ouragan cosmique jonché de pierres précieuses étincelantes. Des bras énormes et maigres partent du centre de Whirlpool, également connu sous le nom de M51. Bercées en elles, de jeunes étoiles prennent vie et de vieilles étoiles s’étendent, expirent et explosent.

    En 2012, l’observatoire Chandra de la NASA, qui voit le ciel en rayons X, a repéré un curieux scintillement venant de la galaxie. Une source de rayons X dans l’un des bras de Whirlpool s’est éteinte pendant environ 2 heures, avant de reprendre soudainement vie. Ce n’est pas particulièrement inhabituel pour les sources de rayons X dans le cosmos. Certains éclatent, d’autres s’estompent périodiquement.

    Cette source particulière émanait d’un « binaire à rayons X », connu sous le nom de M51-ULS-1, qui est en fait deux objets : des partenaires de danse cosmiques qui marchent l’un autour de l’autre depuis potentiellement des milliards d’années. L’un de ces objets est soit un trou noir, soit une étoile à neutrons et l’autre peut être une grande étoile très brillante connue sous le nom de “supergéante bleue”.

    Alors que les astronomes examinaient d’un peu plus près le signal de rayons X de la paire, ils ont commencé à soupçonner que la cause de la gradation était peut-être quelque chose que nous n’avions jamais vu auparavant : un monde en dehors de la Voie lactée avait brièvement empêché X- rayons d’atteindre nos télescopes. L’équipe l’a surnommée une “extraplanète”.

    Une équipe de recherche dirigée par l’astronome Rosanne Di Stefano, du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, ont publié les détails de leur hypothèse dans la revue Nature Astronomy le 25 octobre. Leur étude met en évidence que le clin d’œil aux rayons X détecté par Chandra était potentiellement causé par une planète, de la taille de Saturne, passant devant M51-ULS-1.

    L’extroplanète candidate porte actuellement le nom de “M51-1” et serait en orbite autour de son hôte binaire à peu près à la même distance qu’Uranus orbite autour de notre soleil.

    Alors que de nombreuses sources d’information ont défendu la détection comme la “première planète découverte en dehors de la Voie lactée”, il n’y a aucun moyen de confirmer la découverte. Du moins, pas avant quelques décennies, lorsque la planète proposée est censée effectuer un autre transit du binaire. Di Stefano dit que l’équipe a modélisé d’autres objets qui pourraient potentiellement produire le creux des rayons X, mais n’a pas été à la hauteur. Pourtant, elle souligne qu’il ne s’agit pas d’une détection confirmée.

    “Nous ne pouvons pas prétendre qu’il s’agit bien d’une planète”, déclare Di Stefano, “mais nous prétendons que le seul modèle qui correspond à toutes les données … est le modèle candidat de la planète.”

    Alors que d’autres astronomes sont enthousiasmés par l’utilisation des rayons X comme moyen de découvrir des mondes lointains, ils ne sont pas aussi convaincus que l’équipe de Di Stefano a été en mesure d’exclure d’autres objets tels que les grandes étoiles défaillantes connues sous le nom de naines brunes ou plus petites, étoiles M plus froides.

    “Soit c’est une exoplanète complètement inattendue découverte presque immédiatement dans une petite quantité de données, soit c’est quelque chose d’assez commun ou une variété de jardin”, explique Benjamin Pope, un astrophysicien qui étudie les exoplanètes à l’Université du Queensland en Australie.

    Chasse aux mondes cachés

    Les astronomes sondent le ciel depuis des décennies, à la recherche de planètes en dehors de notre système solaire. La première détection confirmée d’une exoplanète date de 1992 lorsque deux corps ou plus ont été détectés autour de l’étoile à neutrons en rotation rapide PSR1257+12.

    Avant ces premières détections, les humains avaient surtout imaginé des planètes très similaires à celles avec lesquelles nous nous familiarisons à l’école maternelle. Des planètes rocheuses comme la Terre et Mars, des géantes gazeuses comme Jupiter et des mondes plus petits, comme Pluton, loin du soleil. Depuis 1992, nos idées se sont révélées extrêmement dépourvues d’imagination.

    Les exoplanètes sont vraiment extraterrestre des mondes aux caractéristiques extrêmement étranges. Il y a la planète où il pleut du fer, le méga Jupiter qui orbite autour de son étoile natale sur une orbite en forme d’œuf, une planète “nue” dans le désert de Neptune et une tonne de super-Terres qui semblent ressembler à la maison, juste un peu engorgées. Des dizaines de mondes étranges et nouveaux continuent d’être découverts par de puissants télescopes de chasse aux planètes chaque année.

    Mais tous ces mondes ont, jusqu’à présent, été localisés dans la Voie lactée.

    Le Whirlpool Galaxy, M51, en rayons X et en lumière optique.

    NASA/CXC/SAO/R. DiStefano, et al.

    Il est très probable (en fait, c’est pratiquement certain) que des planètes existent en dehors de notre galaxie – nous n’avons tout simplement pas encore été en mesure de les détecter. Notre plus proche voisin galactique, Andromède, est à environ 2,5 millions d’années-lumière. L’exoplanète la plus éloignée que nous ayons trouvée se trouve à seulement 28 000 années-lumière de la Terre, selon le catalogue des exoplanètes de la NASA.

    Trouver des planètes en dehors du système solaire n’est pas facile car de moins en moins de lumière traverse l’univers jusqu’à nos télescopes. Les astronomes “voient” rarement une exoplanète directement. C’est parce que la lumière brillante d’une étoile dans les systèmes planétaires proches obscurcit généralement toutes les planètes qui pourraient orbiter autour d’elle.

    Pour les “voir”, les astronomes doivent bloquer les rayons d’une étoile. Moins de 2% des exoplanètes du catalogue de 4 538 personnes de la NASA ont été trouvées par cette méthode, connue sous le nom d’« imagerie directe ».

    Mais une méthode très réussie, représentant plus de 3 000 détections d’exoplanètes, est connue sous le nom de méthode de “transit”. Les astronomes pointent leurs télescopes sur les étoiles, puis attendent des baisses périodiques de leur luminosité. Si ces creux ont une cadence régulière, ils peuvent représenter une planète, se déplaçant autour de l’étoile et, de notre point de vue sur Terre, éclipsant périodiquement son hôte ardent. C’est la même idée qu’une éclipse solaire, lorsque la lune passe directement devant notre soleil et que l’obscurité descend sur la Terre.

    C’est cette méthode qui a été essentielle à la découverte de M51-1. Cependant, au lieu de détecter des creux dans la lumière visible (une forme de rayonnement électromagnétique), l’équipe a vu un creux dans les rayons X (une forme différente de rayonnement électromagnétique). Parce que ces rayons X émanaient d’une région relativement petite, dit Di Stefano, une planète qui passe semble pouvoir bloquer la plupart ou la totalité d’entre eux.

    M51-1

    Si M51-1 est une planète, l’équipe de Di Stefano pense qu’elle a peut-être eu une vie tumultueuse.

    Il est lié gravitationnellement au binaire de rayons X, M51-ULS-1, qui, selon l’équipe de Di Stefano, consiste en un trou noir ou une étoile à neutrons en orbite autour d’une étoile supergéante. Dans la danse millénaire entre les deux, le trou noir ou l’étoile à neutrons a siphonné la masse de la supergéante. Cette masse, constituée de poussières chaudes et de gaz, est constamment en mouvement autour du trou noir/étoile à neutrons dans ce qu’on appelle un disque d’accrétion. Ce disque chaud émet les rayons X détectés par Chandra.

    Les régions de l’espace autour des binaires de rayons X sont des endroits violents et ce disque ne dégage pas de rayons X de manière stable. Parfois, les rayons X semblent s’éteindre pendant des heures, mais il est difficile de déterminer la raison. “Dans le très large éventail de types de comportements de ces systèmes dynamiques, il est possible qu’une certaine variation du taux d’accrétion ou quelque chose du genre puisse donner lieu à des événements comme celui-ci”, explique Duncan Galloway, astrophysicien à l’Université Monash qui étudie les binaires d’étoiles à neutrons. .

    La baisse de la luminosité des rayons X est apparente sur ce graphique, juste avant 45 heures, mais était-elle causée par une planète ?

    NASA/CXC/SAO/R. DiStefano, et al.

    Une croyance est que la gradation pourrait résulter de certains des gaz chauds et de la poussière dans le système obscurcissant le signal. Di Stefano dit que ce n’est pas le cas, car le gaz et la poussière fourniraient un signal différent. “En passant devant la source de rayons X, une partie de la lumière de la source commence à interagir avec les régions externes du nuage, ce qui donne une signature spectrale distinctive”, note-t-elle.

    Une autre possibilité est que la gradation des rayons X a été causée par différents types d’étoiles obscurcissant notre vue. Un type, connu sous le nom de naine brune, apparaît lorsqu’une étoile ne parvient pas à s’allumer correctement. Une autre, une naine M, est un type courant d’étoiles parfois surnommé « naine rouge ». Mais en raison de l’âge du système M51-ULS-1, l’équipe de Di Stefano pense que ces objets seraient beaucoup plus gros que l’objet qu’ils ont détecté.

    L’équipe de Di Stefano a exécuté une multitude de modèles explorant différents scénarios pour expliquer pourquoi la source de rayons X s’est éteinte. En fin de compte, dit-elle, c’était une planète de la taille de Saturne qui semblait correspondre le mieux à ce qu’ils voyaient.

    “Le modèle candidat de la planète était le dernier debout, pour ainsi dire”, explique Di Stefano.

    Le pape est moins convaincu. “Personnellement, je ne parierais pas que c’est une planète”, dit-il. “À mon avis, c’est probablement un compagnon stellaire ou quelque chose d’exotique qui se passe dans le disque.”

    Faites confiance au processus

    Ce n’est pas la première fois que l’observatoire Chandra de la NASA est balayé par une découverte potentielle d'”extraplanète”. Étudier comment le rayonnement des étoiles lointaines est « courbé » par la gravité, une technique connue sous le nom de microlentille, les astronomes de l’Université de l’Oklahoma pensaient avoir détecté des milliers de planètes extragalactiques en 2018. Des études antérieures ont prétendu trouver des preuves de planètes extragalactiques dans la galaxie d’Andromède.

    D’autres astronomes étaient également sceptiques quant à ces détections. Le même scepticisme s’est manifesté dans le cas de M51-1. Et surtout, c’est tout à fait normal.

    C’est le processus scientifique en action. L’équipe de Di Stefano a plaidé sa cause : M51-1 est une planète extragalactique. Maintenant, il y a plus de travail à faire. La confirmation que M51-1 est planétaire ne sera pas possible tant qu’elle n’aura pas effectué un autre transit du binaire de rayons X dans plusieurs décennies, mais il existe d’autres moyens pour les astronomes de vérifier leurs résultats.

    Pope note que si nous trouvions des systèmes analogues dans la Voie lactée, nous serions en mesure d’effectuer un suivi avec des télescopes optiques et de mieux comprendre ce qui pourrait se produire dans ces types de systèmes.

    Nous savons qu’il doit y avoir des planètes en dehors de la Voie lactée et que les humains finiront donc par les découvrir. Pour Galloway, l’étude est passionnante non pas à cause de ce qui a fait baisser la luminosité du binaire de rayons X, mais à cause de ce qui se passe ensuite.

    “Ce qui est vraiment excitant, c’est qu’il pourrait y avoir des événements supplémentaires dans d’autres données, alors maintenant nous avons une motivation où nous pouvons aller les chercher”, dit-il.

    Di Stefano est du même avis, espérant que la publication en amènera d’autres dans ce type de recherche. Elle dit que l’équipe travaille dur, étudiant le ciel pour d’autres binaires de rayons X qui peuvent présenter une gradation similaire.

    “En fin de compte”, note-t-elle, “la meilleure vérification sera la découverte de plus de planètes.”

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    Houssen Moshinaly

    Rédacteur web depuis 2009 et webmestre depuis 2011.

    Je m'intéresse à tous les sujets comme la politique, la culture, la géopolitique, l'économie ou la technologie. Toute information permettant d'éclairer mon esprit et donc, le vôtre, dans un monde obscur et à la dérive.

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