13 novembre 2008 – Annonce de la découverte de trois planètes au-delà de notre système solaire

Gemini publie une image de découverte historique de la « première famille » planétaireQu’est-ce qu’une exoplanète ? Vue d’ensembleLes astronomes capturent les toutes premières images d’un autre système solaire  Dans une découverte sans précédent, une équipe d’astronomes canadiens, américains et britanniques ont capturé des images de 3 planètes géantes en orbite autour d’une étoile connue sous le nom de HR 8799                                    Des chercheurs québécois ont photographié les premières images d’un système planétaire qui n’est pas le nôtre – il s’agit de l’étoile HR8799 – formée il y a 60 millions d’années – dans la constellation de Pégase – après avoir traité l’image pour atténuer la lumière de l’étoile, trois planètes sont apparus – travaux dirigé par l’astrophysicien Christian Marois – Conseil national de recherches Canada – – les résultats de leurs recherches ont été publiés dans la dernière édition du magazine Science – la technique utilisée est celle de l’imagerie angulaire différentielle – mise aux point par les chercheurs Christian Marois, René Doyon et David Lafrenière                 – – les spécialistes savent qu’environ une étoile sur dix aurait un système planétaire mais c’est la première fois qu’un tel système est photographiéLes astronomes capturent les toutes premières images d’un autre système solaire  Dans une découverte sans précédent, une équipe d’astronomes canadiens, américains et britanniques ont utilisé des télescopes au sommet d’un volcan hawaïen endormi pour capturer des images de trois planètes géantes en orbite autour d’une étoile connue sous le nom de HR 8799. La comparaison des images obtenues au cours de différentes années montre que les trois planètes, chacune environ dix fois la masse de Jupiter, se déplacent toutes avec et orbitent autour de l’étoile, prouvant qu’elles lui sont associées et font partie d’un système solaire.  L’équipe de recherche, dirigée par l’astronome Dr Christian Marois du Conseil national de recherches du Canada/Institut Herzberg d’astrophysique, a utilisé des techniques avancées d’instrumentation et de traitement d’images pour détecter les trois planètes faibles contre l’éclat brillant de leur étoile hôte. Les images ont été capturées par les télescopes Gemini North et Keck des observatoires du Mauna Kea à Hawaï. « C’est incroyable d’avoir une image montrant non pas une mais trois planètes », a déclaré le Dr Bruce Macintosh, scientifique au Lawrence Livermore National Laboratory et collaborateur du projet. « La découverte du système HR 8799 est une étape cruciale sur la voie de l’imagerie ultime d’une autre Terre. »Les résultats seront publiés en ligne le 13 novembre 2008 dans Science, une revue scientifique hebdomadaire internationale.  L’étoile principale, à peine visible à l’œil nu, se trouve à 130 années-lumière de la Terre dans la constellation de Pégase. Sa masse est d’environ 1,5 fois celle du Soleil et son âge est d’environ 60 millions d’années, nettement inférieur à celui du Soleil. Les observations infrarouges par satellites ont montré la présence d’un disque massif de poussière froide en orbite autour de l’étoile.  Ben Zuckerman, professeur de physique et d’astronomie à l’UCLA et co-auteur de l’article, étudie les disques de poussière en orbite autour des étoiles proches depuis des décennies. Un disque de poussière similaire existe dans notre système solaire, produit par la poussière des comètes de la ceinture de Kuiper située juste au-delà de l’orbite de Neptune.  « Le disque de poussière de HR 8799 se distingue comme l’un des plus massifs en orbite autour d’une étoile à moins de 300 années-lumière de la Terre », déclare Zuckerman.Contrairement aux étoiles qui entretiennent la fusion de l’hydrogène dans leur noyau, les planètes n’ont aucune source d’énergie interne pour maintenir leur température. En conséquence, ils se refroidissent lentement et deviennent moins lumineux avec le temps. Le co-auteur de l’étude, Travis Barman, astronome à l’observatoire Lowell en Arizona, note que « la connaissance de l’âge de HR 8799 est essentielle pour relier les luminosités observées des planètes à leurs masses », car une planète de masse donnée aurait des luminosités différentes à différents âges. Cela signifie qu’à un âge donné, les planètes plus massives sont plus lumineuses que les moins massives. Pour le système HR 8799, les luminosités observées impliquent que les trois planètes ont des masses comprises entre cinq à treize fois celle de Jupiter, compte tenu de l’âge de 60 millions d’années mentionné ci-dessus.« Une comparaison détaillée avec des modèles théoriques confirme que les trois planètes possèdent des atmosphères complexes avec des nuages poussiéreux qui piègent partiellement et retransmettent la chaleur qui s’échappe », explique Barman. À certains égards, le système planétaire HR 8799 semble être une version agrandie de notre système solaire, avec des planètes plus massives en orbite autour d’une étoile plus grande et plus brillante. Ces planètes géantes orbitent relativement loin de leur étoile, à environ 25, 40 et 70 fois la distance entre la Terre et le Soleil.                          Plus de deux cents planètes dans d’autres systèmes solaires ont été détectées au cours de la dernière décennie grâce à des études indirectes de leur remorqueur gravitationnel sur leur étoile mère. Cette technique indirecte ne mesure que la masse et l’orbite de la planète. L’imagerie directe offre de nombreuses autres possibilités d’étude, notamment la capacité de détecter des planètes à des distances plus larges de leurs étoiles, comme ce fut le cas dans cette étude.« En créant une image qui montre directement la planète, nous pouvons étudier ses propriétés en détail – mesurer sa température et sa composition et essayer de comprendre sa structure atmosphérique », a déclaré Bruce Macintosh. Le Dr David Lafrenière, boursier postdoctoral à l’Université de Toronto et membre de l’équipe de découverte, affirme que le travail de pionnier du Dr Marois et de ses collègues en imagerie exoplanétaire au cours des deux dernières années a finalement porté ses fruits. « C’est vraiment une découverte incroyable ! » il dit. « Les astronomes du monde entier seront sûrement très occupés au cours des prochaines années pour comprendre les détails les plus complexes de ce système fascinant. »Gemini publie une image de découverte historique de la « première famille » planétaireLes images Gemini ont permis à l’équipe internationale de faire la découverte initiale de deux des planètes du système planétaire confirmé avec des données obtenues le 17 octobre 2007. Puis, le 25 octobre 2007 et à l’été 2008, l’équipe, dirigée par Christian Marois de l’Institut d’astrophysique Herzberg du Conseil national de recherches du Canada (Victoria BC, Canada) et des membres des États-Unis et du Royaume-Uni, ont confirmé cette découverte et trouvé une troisième planète en orbite encore plus proche de l’étoile avec des images obtenues au télescope Keck II . Dans les deux cas, la technologie d’optique adaptative a été utilisée pour corriger en temps réel la turbulence atmosphérique afin d’obtenir ces images infrarouges historiques d’un système extra-solaire à plusieurs planètes.Selon le Dr Marois, cette découverte est la première fois que nous avons directement imagé une famille de planètes autour d’une étoile normale en dehors de notre système solaire. Bruce Macintosh, membre de l’équipe des Lawrence Livermore National Laboratories, ajoute : « Jusqu’à présent, lorsque les astronomes découvrent de nouvelles planètes autour d’une étoile, nous ne voyons que des lignes ondulées sur un graphique de la vitesse ou de la luminosité de l’étoile. Maintenant, nous avons une image réelle montrant les planètes elles-mêmes, et cela rend les choses très intéressantes. » L’article de découverte est publié dans le numéro du 13 novembre 2008 de Science Express, une revue scientifique hebdomadaire internationale.L’étoile hôte (une jeune étoile massive appelée HR 8799) est à environ 130 années-lumière de la Terre. La comparaison des données multi-époques montre que les trois planètes se déplacent toutes avec l’étoile et orbitent autour de celle-ci, prouvant qu’elles y sont associées plutôt que d’être simplement des objets d’arrière-plan sans rapport alignés par coïncidence dans l’image. HR 8799 est faiblement visible à l’œil nu, mais uniquement pour ceux qui vivent loin des lumières vives de la ville ou qui ont un petit télescope ou même des jumelles, voir les cartes de recherche en ligne ici.Les planètes, qui se sont formées il y a environ soixante millions d’années, sont suffisamment jeunes pour continuer à briller à cause de la chaleur dégagée lors de leur contraction. L’analyse de la luminosité et des couleurs des objets (à plusieurs longueurs d’onde) montre que ces objets ont environ sept à dix fois la masse de Jupiter. Comme dans notre système solaire, ces planètes géantes orbitent dans les régions extérieures de ce système – à environ 25, 40 et 70 fois la séparation Terre-Soleil. La planète la plus éloignée orbite juste à l’intérieur d’un disque de débris poussiéreux, semblable à celui produit par les comètes des objets de la ceinture de Kuiper de notre système solaire (juste au-delà de l’orbite de Neptune à 30 fois la distance Terre-Soleil). À certains égards, ce système planétaire semble être une version agrandie de notre système solaire en orbite autour d’une étoile plus grande et plus brillante.L’étoile mère HR 8799 a environ 1,5 fois la masse du Soleil et est 5 fois plus lumineuse mais est nettement plus jeune. Les observations infrarouges par satellites ont mis en évidence un disque massif de poussière froide en orbite autour de l’étoile. Selon Benjamin Zuckerman (professeur de physique et d’astronomie à l’UCLA au département de physique et d’astronomie et co-auteur de l’article) qui étudie les disques de poussière en orbite autour d’étoiles proches depuis des décennies, «le disque de poussière du HR 8799 se distingue comme l’un des la plus massive en orbite autour de n’importe quelle étoile à moins de 300 années-lumière de la Terre».Les observations de HR 8799 font partie d’une étude de 80 étoiles jeunes, poussiéreuses et massives situées dans le voisinage solaire. L’enquête utilise les systèmes d’optique adaptative des observatoires Gemini, WM Keck et VLT pour contraindre les populations de planètes de la masse de Jupiter dans une gamme de séparations inaccessibles aux autres techniques de détection d’exoplanètes, c’est-à-dire des séparations similaires aux planètes géantes extérieures de notre système solaire. Le Dr Marois ajoute que cette découverte a été faite après avoir observé seulement quelques étoiles, ce qui peut conduire à la conclusion que les planètes de la masse de Jupiter à des séparations similaires aux planètes géantes de notre système solaire sont fréquentes autour d’étoiles plus massives que le Soleil. Marois conclut que le système planétaire de HR 8799 sera certainement étudié en détail dans les années à venir, et qu’il sera sûrement une cible de choix pour la future prochaine génération, instruments de recherche d’exoplanètes et missions spatiales dédiées.En fin de compte, les astronomes travaillent sur des images et des études spectroscopiques de planètes vraiment semblables à la Terre, mais cela nécessitera des télescopes spatiaux spécialisés qui sont encore sur la planche à dessin. Le Dr Macintosh a déclaré : «Après toutes ces années, c’est incroyable d’avoir une image montrant non pas une mais trois planètes. La découverte du système HR 8799 est une étape cruciale sur la voie de la détection ultime d’une autre Terre.»

Informations d’arrière-plan

Plus de deux cents exoplanètes ont été détectées au cours de la dernière décennie, mais presque toutes sont connues grâce à des études indirectes de leur remorqueur gravitationnel sur leur étoile mère. La technique indirecte ne mesure que la vitesse apparente de recul et d’approche de l’étoile, induite par une planète ou des planètes autour d’elle, et en déduit la masse et l’orbite de la planète. « En créant une image qui montre directement la planète, nous pouvons étudier ses propriétés en détail – mesurer sa température et sa composition et essayer de comprendre sa structure atmosphérique », a déclaré le Dr Bruce Macintosh, scientifique au Lawrence Livermore National Laboratory, qui a co-dirige les tentatives d’imagerie d’une planète extrasolaire depuis près d’une décennie.

Jusqu’à présent, seules quelques naines brunes (objets de masses intermédiaires entre celle des étoiles et des planètes, également appelées étoiles ratées) et quelques objets ambigus proches ou au-dessus de la frontière naines brunes/planètes ont été détectés par imagerie directe. Tous ces objets sont en orbite à de grandes distances de leur étoile et on ne pense pas qu’ils se soient formés de la même manière que les planètes de notre système solaire. Gemini a récemment photographié une grande planète de type Jovian autour de l’étoile 1RSX J160929.1-210524, mais attend d’autres mesures du mouvement propre pour confirmer si cet objet de masse 8-Jupiter est vraiment en orbite autour de l’étoile.

Les observations Gemini et Keck ont été possibles grâce à la haute résolution angulaire réalisable avec des systèmes d’optique adaptative qui réduisent considérablement le flou causé par l’atmosphère terrestre. « L’optique adaptative permet aux grands télescopes au sol d’égaler ou de dépasser les performances du télescope spatial Hubble « , a déclaré le Dr Macintosh. De plus, la détection des trois planètes a été rendue possible par une stratégie d’observation avancée qui aide à séparer la lumière de la planète faible de la lumière de l’étoile hôte.

L’analyse des données disponibles indique que l’étoile a environ 60 millions d’années.  » Aucune technique ne peut donner un âge précis pour l’étoile et ses planètes, donc notre estimation de l’âge est basée sur trois sources de preuves indépendantes qui impliquent le spectre et la luminosité de HR 8799 et son mouvement dans notre galaxie de la Voie lactée « , a noté Zuckerman. Les planètes n’ont pas de source d’énergie interne ; ils se refroidissent donc lentement et deviennent moins lumineux avec le temps. Le co-auteur Travis Barman, astronome à l’Observatoire Lowell, a déclaré que « la connaissance de l’âge de HR 8799 est essentielle pour relier les luminosités observées des planètes à leurs masses. Plus les planètes sont jeunes / âgées, plus leurs masses sont petites / grandes «Les luminosités dérivées montrent que les trois compagnons sont des planètes massives. « Une comparaison détaillée avec des atmosphères modèles théoriques confirme que les trois planètes possèdent des atmosphères complexes avec des nuages poussiéreux piégeant partiellement et rediffusant la chaleur qui s’échappe », a fait remarquer Barman.

Imagerie différentielle angulaire (ADI)

La technique d’imagerie différentielle angulaire (ADI) est une méthode spécialisée d’observation et de réduction des données qui utilise la rotation lente intrinsèque du champ de vision des télescopes à monture d’altitude/azimut pour supprimer (via le post-traitement de l’image) la lumière brillante de l’étoile. La technique supprime également les bruits associés à l’atmosphère et les imperfections de l’optique du télescope et des systèmes d’instruments et révèle la lumière des planètes voisines faibles. Lors d’une acquisition, la caméra infrarouge est maintenue alignée avec le télescope tandis que l’orientation du ciel tourne lentement. Un pipeline de réduction de données est ensuite utilisé pour construire et soustraire une image d’étoile de référence qui ne contient pas le flux des planètes. Les images résiduelles sont ensuite tournées pour aligner le champ et la médiane et combinées pour améliorer la sensibilité aux planètes.

Alerte découverte : Massive Planète est un « Hulk » parmi les super-terres

La découverte : De nouvelles données montrent que TOI-1075 b est l’une des super-Terres les plus massives découvertes à ce jour.

Principaux faits : La planète, qui fait près de 10 fois la masse de la Terre, orbite autour d’une petite étoile rouge-orange à environ 200 années-lumière. Son année, une fois autour de l’étoile, ne prend que 14 heures et demie. Cette orbite « ultra-courte » rend la planète extrêmement chaude, avec une température estimée à 1 922 degrés Fahrenheit (1 050 Celsius).

Détails : Les planètes de la catégorie super-Terre – jusqu’à deux fois plus grandes que la Terre – sont enveloppées de mystère, car nous n’avons rien de tel dans notre propre système solaire. Pourtant, ils sont parmi les plus répandus dans la galaxie. Elles semblent être des planètes rocheuses, comme la Terre, et certaines se trouvent dans les zones habitables de leurs étoiles, une distance qui pourrait permettre à de l’eau liquide de se former à la surface.

Ce n’est clairement pas le cas pour le TOI-1075 b. Sa surface, en fait, pourrait être de la lave en fusion. Mais les études de cette planète volumineuse pourraient donner de nouvelles informations sur la formation de planètes rocheuses comme la nôtre. Sur la base des modèles observés parmi les milliers d’exoplanètes – des planètes autour d’autres étoiles – confirmées dans la galaxie jusqu’à présent, les scientifiques créent des modèles informatiques de la formation de divers types de planètes, de leur composition et des types d’atmosphères qu’elles pourraient posséder. Les super-Terres de la taille de TOI-1075 b, selon les modèles, devraient normalement avoir une atmosphère assez épaisse d’hydrogène et d’hélium. Mais la composition dense de cette planète et son orbite extrêmement serrée rendent une telle atmosphère improbable. Cela fait de TOI-1075 une « planète clé de voûte » – parmi seulement quelques autres jusqu’à présents avec des mesures de taille et de masse suffisamment précises pour aider les scientifiques à affiner leurs modèles de formation planétaire. Cela, à son tour, les aidera à prédire quels types d’atmosphères les super-Terres et d’autres types de planètes possèdent, ou s’ils ont des atmosphères du tout.

Faits amusants : les astronomes ont découvert la planète à l’aide du satellite TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), révélant son diamètre ; des observations de suivi plus récentes avec des instruments au sol ont déterminé la masse de la planète. La découverte que TOI-1075 b est près de 10 fois plus massive que la Terre en fait un véritable Hulk. Tenez-vous sur sa surface à gravité plus élevée et vous aussi, vous subiriez un gain de poids significatif. Vous feriez environ trois fois votre poids sur Terre.

Les découvreurs : La découverte de la masse considérable du TOI-1075 b a été annoncée par une équipe scientifique internationale dirigée par Zahra Essack du Massachusetts Institute of Technology. La planète avait été ajoutée précédemment aux archives d’exoplanètes de la NASA.

Qu’est-ce qu’une exoplanète ?

Une exoplanète est une planète située au-delà de notre système solaire. La plupart orbitent autour d’autres étoiles, mais les exoplanètes flottant librement, appelées planètes voyous, orbitent autour du centre galactique et ne sont liées à aucune étoile.

Vue d’ensemble

La plupart des exoplanètes découvertes jusqu’à présent se trouvent dans une région relativement petite de notre galaxie, la Voie lactée. Nous savons grâce au télescope spatial Kepler de la NASA qu’il y a plus de planètes que d’étoiles dans la galaxie. En mesurant la taille (diamètre) et la masse (poids) des exoplanètes, nous pouvons voir des compositions allant de très rocheuses (comme la Terre et Vénus) à très riches en gaz (comme Jupiter et Saturne). Les exoplanètes sont composées d’éléments similaires à ceux des planètes de notre système solaire, mais leurs mélanges de ces éléments peuvent différer. Certaines planètes peuvent être dominées par l’eau ou la glace, tandis que d’autres sont dominées par le fer ou le carbone. Nous avons identifié des mondes de lave recouverts de mers en fusion, des planètes gonflées de la densité du polystyrène et des noyaux denses de planètes en orbite autour de leurs étoiles.

Les premières exoplanètes ont été découvertes dans les années 1990 et depuis lors, nous en avons identifié des milliers en utilisant diverses méthodes de détection. Il est assez rare que les astronomes voient une exoplanète à travers leurs télescopes comme vous pourriez voir Saturne à travers un télescope depuis la Terre. C’est ce qu’on appelle l’imagerie directe, et seule une poignée d’exoplanètes ont été trouvées de cette façon (et il s’agit généralement de jeunes planètes géantes gazeuses en orbite très loin de leurs étoiles).

Nous vivons maintenant dans un univers d’exoplanètes. Le nombre de planètes confirmées se compte en milliers et en augmentation. Cela ne provient que d’un petit échantillon de la galaxie dans son ensemble. Le nombre pourrait atteindre des dizaines de milliers d’ici une décennie, à mesure que nous augmentons le nombre et la puissance d’observation des télescopes robotiques lancés dans l’espace.

https://exoplanets.nasa.gov/alien-worlds/historic-timeline/#keplers-first-rocky-exoplanet-discovered

https://exoplanets.nasa.gov/news/1714/discovery-alert-massive-planet-is-a-hulk-among-super-earths/

https://exoplanets.nasa.gov/what-is-an-exoplanet/overview/

https://www.eurekalert.org/news-releases/894359

https://noirlab.edu/public/news/gemini0808/