Découverte d’une exoplanète excentrique —

Les “naines rouges” sont de petites étoiles et donc beaucoup plus froides que notre Soleil. Autour d’étoiles comme celles-ci, l’eau liquide est possible sur des planètes beaucoup plus proches de l’étoile que dans notre système solaire. La distance entre une exoplanète et son étoile est un facteur crucial pour sa détection : plus une planète est proche de son étoile hôte, plus grande est la probabilité qu’elle puisse être détectée.

Dans une étude récemment publiée dans la revue Astronomie & Astrophysique, des chercheurs dirigés par le Dr Nicole Schanche du Centre pour l’espace et l’habitabilité CSH de l’Université de Berne rapportent la découverte de l’exoplanète TOI-2257 b en orbite autour d’une naine rouge à proximité. Nicole Schanche est également membre du Centre national de compétence en recherche PlanetS, que l’Université de Berne dirige avec l’Université de Genève.

Un télescope spécial fait partie de la solution

Les exoplanètes qui sont très éloignées de notre système solaire ne peuvent pas être observées directement avec un télescope – elles sont trop petites et réfléchissent trop peu de lumière. Cependant, une façon de détecter de telles planètes est la méthode de transit. Cela implique d’utiliser des télescopes pour rechercher les baisses de luminosité de l’étoile qui se produisent lorsque les planètes passent devant l’étoile. Des observations répétées des baisses de luminosité de l’étoile donnent des mesures précises de la période orbitale de la planète autour de l’étoile, et la profondeur du transit permet aux chercheurs de déterminer le diamètre de la planète. Lorsqu’elle est combinée avec des estimations de masse planétaire d’autres méthodes, telles que l’utilisation de mesures de vitesse radiale, la densité de la planète peut être calculée.

La planète TOI-2257 b a été initialement identifiée par les données du télescope spatial TESS du satellite Transiting Exoplanet Survey de la NASA. La petite étoile a été observée pendant un total de quatre mois, mais les écarts entre les observations signifiaient qu’il n’était pas clair si la diminution de la luminosité pouvait s’expliquer par le transit d’une planète avec une orbite de 176, 88, 59, 44 ou 35 jours.

L’observation de l’étoile avec le télescope mondial de l’observatoire de Las Cumbres a par la suite exclu la possibilité qu’une planète avec une période orbitale de 59 jours soit à l’origine de la baisse de luminosité. « Ensuite, nous voulions savoir si la période orbitale de 35 jours était possible », explique Nicole Schanche.

Le télescope SAINT-EX basé au Mexique, en coopération avec le CSH et le NCCR PlanetS, est spécialement conçu pour étudier plus en détail les naines rouges et leurs planètes. SAINT-EX est l’acronyme de Search And characterization of Transiting EXoplanets. Le projet a été nommé en l’honneur d’Antoine de Saint-Exupéry (Saint-Ex), le célèbre écrivain, poète et aviateur. SAINT-EX a observé un transit partiel de TOI-2257 b et a pu confirmer la période orbitale exacte de l’exoplanète autour de son étoile, 35 jours. “Encore 35 jours plus tard, SAINT-EX a pu observer l’intégralité du transit, ce qui nous a donné encore plus d’informations sur les propriétés du système”, explique le co-auteur Robert Wells du CSH, qui a participé au traitement des données.

Une planète tempérée à orbite irrégulière

Avec sa période orbitale de 35 jours, TOI-2257 b orbite autour de l’étoile hôte à une distance où l’eau liquide est possible sur la planète, et donc des conditions favorables à l’émergence de la vie pourraient exister. Les planètes de cette soi-disant “zone habitable” à proximité d’une petite étoile naine rouge sont plus faciles à étudier car elles ont des périodes orbitales plus courtes et peuvent donc être observées plus souvent. Le rayon de TOI-2257 b (2,2 fois plus grand que celui de la Terre) suggère que la planète est plutôt gazeuse, avec une pression atmosphérique élevée non propice à la vie.

“Nous avons constaté que TOI-2257 b n’a pas d’orbite circulaire et concentrique”, explique Nicole Schanche. En fait, c’est la planète la plus excentrique en orbite autour d’une étoile cool jamais découverte. “En termes d’habitabilité potentielle, c’est une mauvaise nouvelle”, poursuit Nicole Schanche. “Alors que la température moyenne de la planète est confortable, elle varie de -80°C à environ 100°C selon l’endroit où se trouve la planète sur son orbite, loin ou près de l’étoile.” Une explication possible de cette orbite surprenante est que plus loin dans le système, une planète géante se cache et perturbe l’orbite de TOI 2257 b. D’autres observations mesurant la vitesse radiale de l’étoile aideront à confirmer l’excentricité et à rechercher d’éventuelles planètes supplémentaires qui n’ont pas pu être observées en transit.

Candidat à l’observation avec JWST

Le télescope spatial James Webb (JWST), lancé avec succès le 25 décembre, va révolutionner la recherche sur les atmosphères des exoplanètes. Afin de prioriser les bons candidats pour les observations avec le JWST, une métrique de spectroscopie de transmission (TSM) a été développée qui évalue différentes propriétés du système. TOI-2257 b est bien positionné par rapport à TSM et est l’une des cibles sous-Neptune les plus attrayantes pour des observations ultérieures. “En particulier, la planète pourrait être étudiée pour des signes de caractéristiques telles que la vapeur d’eau dans l’atmosphère”, conclut Nicole Schanche.