Les astronomes confirment l’orbite liée de la planète loin de son étoile, montrant que des planètes lointaines existent –

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  • Les astronomes sont toujours à la recherche d’une hypothétique “Planète Neuf” dans les confins de notre système solaire, mais une exoplanète à 336 années-lumière de la Terre ressemble de plus en plus à la Planète Neuf de son système stellaire.

    Planet Nine, potentiellement 10 fois la taille de la Terre et en orbite bien au-delà de Neptune dans une orbite très excentrique autour du soleil, a été proposée en 2012 pour expliquer les perturbations dans les orbites des planètes naines juste au-delà de l’orbite de Neptune, ce que l’on appelle les objets détachés de la ceinture de Kuiper. Il n’a pas encore été trouvé, s’il existe.

    Une planète extrasolaire tout aussi étrange a été découverte loin de l’étoile HD 106906 en 2013, la seule planète à grande séparation connue. Bien que beaucoup plus lourde que la masse prévue de la planète neuf – peut-être 11 fois la masse de Jupiter, ou 3500 fois la masse de la Terre – elle aussi était assise dans un endroit très inattendu, bien au-dessus du plan de poussière du système planétaire. et incliné à un angle d’environ 21 degrés.

    La grande question, jusqu’à présent, était de savoir si la planète, appelée HD 106906 b, est sur une orbite perpétuellement liée à l’étoile binaire – qui n’a que 15 millions d’années par rapport à l’âge de 4,5 milliards d’années de notre soleil – – ou s’il est sur le point de sortir du système planétaire, pour ne jamais revenir.

    Dans un article paru le 10 décembre dans le Journal astronomique, les astronomes répondent enfin à cette question. En suivant avec précision la position de la planète sur 14 ans, ils ont déterminé qu’elle est probablement liée à l’étoile sur une orbite très excentrique de 15000 ans, ce qui en fait une cousine éloignée de la planète neuf.

    Si elle se trouve dans une orbite très excentrique autour du binaire, «Cela soulève la question de savoir comment ces planètes sont-elles arrivées là-bas à des séparations aussi importantes», a déclaré Meiji Nguyen, un récent diplômé de l’UC Berkeley et premier auteur de l’article. “Ont-ils été dispersés du système solaire interne? Ou se sont-ils formés là-bas?”

    Selon l’auteur principal Paul Kalas, Université de Californie, Berkeley, professeur adjoint d’astronomie, la ressemblance avec l’orbite de la planète neuf proposée montre que de telles planètes éloignées peuvent vraiment exister et qu’elles peuvent se former dans les dix premiers millions d’années. de la vie d’une star. Et sur la base des autres découvertes récentes de l’équipe sur le HD 106906, la planète semble favoriser un scénario où les étoiles de passage jouent également un rôle.

    “Quelque chose se produit très tôt qui commence à éjecter les planètes et les comètes vers l’extérieur, puis vous avez des étoiles qui passent qui stabilisent leurs orbites”, a-t-il déclaré. “Nous accumulons lentement les preuves nécessaires pour comprendre la diversité des planètes extrasolaires et comment cela se rapporte aux aspects déroutants de notre propre système solaire.”

    Une jeune étoile poussiéreuse avec une planète étrange

    HD 106906 est un système d’étoiles binaires situé dans la direction de la constellation Crux. Les astronomes l’ont étudié de manière approfondie au cours des 15 dernières années en raison de son important disque de poussière, qui pourrait être des planètes en train de naître. Notre système solaire peut avoir ressemblé à HD 106906 il y a environ 4,5 milliards d’années lorsque les planètes se sont formées dans le disque tourbillonnant de débris laissé par la formation du soleil.

    Étonnamment, les images de l’étoile prises en 2013 par les télescopes de Magellan au Chili ont révélé une planète rayonnant de sa propre chaleur interne et assise à une distance inhabituellement grande du binaire: 737 fois plus éloignée du binaire que la Terre ne l’est du soleil (737 astronomique unités, ou AU). C’est 25 fois plus éloigné de l’étoile que Neptune ne l’est du soleil.

    Kalas, qui recherche des planètes et des disques de poussière autour de jeunes étoiles, a codirigé une équipe qui a utilisé le Gemini Planet Imager sur le Gemini South Telescope pour obtenir les premières images du disque de débris de l’étoile. En 2015, ces observations ont fourni des preuves qui ont conduit les théoriciens à proposer que la planète s’est formée près de l’étoile binaire et a été expulsée en raison d’interactions gravitationnelles avec le binaire. La preuve: le disque de poussière externe des étoiles et la ceinture de comètes interne sont déséquilibrés, ce qui suggère que quelque chose – la planète – a perturbé leur symétrie.

    «L’idée est que chaque fois que la planète se rapproche le plus de l’étoile binaire, elle remue le matériau du disque», a déclaré Robert De Rosa, membre de l’équipe de l’Observatoire européen austral de Santiago, au Chili, qui est un ancien UC Chercheur postdoctoral à Berkeley. “Ainsi, chaque fois que la planète passe, elle tronque le disque et le pousse d’un côté. Ce scénario a été testé avec des simulations de ce système avec la planète sur une orbite similaire – c’était avant que nous sachions de quoi il s’agit. la planète était. “

    Le problème, comme l’ont souligné ceux qui simulent de telles interactions planétaires, est qu’une planète serait normalement complètement expulsée du système, devenant ainsi une planète voyou. Une autre interaction, peut-être avec une étoile qui passe, serait nécessaire pour stabiliser l’orbite d’une planète excentrique comme HD 106906 b.

    Un scénario similaire a été proposé pour la formation de Planet Nine: que son interaction avec nos planètes géantes au début de l’histoire de notre système solaire l’a expulsée du système solaire interne, après quoi le passage des étoiles dans notre amas local a stabilisé son orbite.

    Kalas est allé à la recherche d’une telle étoile survolée pour HD 106906 b, et l’année dernière lui et De Rosa, alors à l’Université de Stanford, ont rapporté avoir trouvé plusieurs étoiles proches qui auraient été zippées par le système planétaire 3 millions d’années plus tôt, fournissant peut-être le coup de pouce nécessaire pour stabiliser l’orbite de la planète.

    Maintenant, avec des mesures précises de l’orbite de la planète entre 2004 et 2018, Nguyen, de Rosa et Kalas présentent des preuves que la planète est très probablement dans une orbite stable, mais très elliptique, autour de son étoile binaire.

    «Bien que cela ne fasse que 14 ans d’observations, nous avons quand même pu, étonnamment, obtenir une contrainte sur l’orbite pour la première fois, confirmant notre soupçon qu’elle était très désalignée et aussi que la planète est sur une orbite d’environ 15000 ans. . ” Dit Nguyen. «Le fait que nos résultats soient cohérents avec les prédictions est, je pense, une preuve solide que cette planète est, en effet, liée. À l’avenir, une mesure de la vitesse radiale est nécessaire pour confirmer nos résultats.

    Les mesures orbitales de l’équipe scientifique proviennent de la comparaison des données astrométriques de l’observatoire Gaia de l’Agence spatiale européenne, qui cartographie avec précision les positions de milliards d’étoiles, et des images du télescope spatial Hubble. Parce que Hubble doit masquer l’éblouissement de l’étoile binaire pour voir le disque de débris plus faible, les astronomes n’ont pas pu déterminer la position exacte de l’étoile par rapport à HD 106906 b. Les données de Gaia ont permis à l’équipe de déterminer plus précisément la position du binaire, et ainsi de tracer le mouvement de la planète par rapport au binaire entre 2004 et 2018, moins d’un millième de sa période orbitale.

    “Nous pouvons exploiter l’astrométrie extrêmement précise de Gaia pour déduire où l’étoile primaire devrait être dans nos images Hubble, et ensuite mesurer la position du compagnon est plutôt trivial”, a déclaré Nguyen.

    En plus de confirmer l’orbite de 15000 ans de la planète, l’équipe a constaté que l’orbite était en fait beaucoup plus fortement inclinée par rapport au plan du disque: entre 36 et 44 degrés. À son approche la plus proche du binaire, son orbite elliptique ne la rapprocherait pas d’environ 500 UA des étoiles, ce qui implique qu’elle n’a aucun effet sur les planètes intérieures également soupçonnées de faire partie du système. C’est également le cas de Planet Nine, qui n’a aucun effet observé sur aucune des huit planètes du soleil.

    “Ce que je pense vraiment rend le HD 106906 unique, c’est que c’est la seule exoplanète que nous connaissons qui soit directement imagée, entourée d’un disque de débris, mal alignée par rapport à son système et largement séparée”, a déclaré Nguyen. “C’est ce qui en fait le seul candidat que nous ayons trouvé jusqu’à présent dont l’orbite est analogue à l’hypothétique Planète Neuf.”

    Le travail a été soutenu par la National Science Foundation (AST-1518332) et la National Aeronautics and Space Administration (NNX15AC89G, NNX15AD95G, HST-GO-14670 / NAS5-26555). Ces travaux ont bénéficié du réseau de coordination de recherche Nexus for Exoplanet System Science (NExSS) de la NASA, parrainé par la Direction des missions scientifiques de la NASA.

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