Une équipe internationale d'astronomes a découvert, au sein d'un amas d'étoiles du nom de Messier 67, bien plus de planètes de type Jupiter chaud qu'attendu. Ce surprenant résultat fait suite à l'utilisation de divers télescopes et instruments, parmi lesquels le spectrographe HARPS à l'Observatoire de La Silla de l'ESO au Chili. L'environnement plus dense d'un amas favorise de plus fréquentes interactions entre planètes et étoiles proches, ce qui peut expliquer cet excès de Jupiters chauds.
Vue d'artiste d'une exoplanète de type Jupiter chaud au sein de l'amas d'étoiles Messier 67.
Sur cette vue d'artiste figure une planète de type Jupiter chaud en orbite proche autour de l'une des étoiles du riche et vieil amas Messier 67 dans la constellation du Crabe. Les astronomes ont découvert, au sein de l'amas, bien plus de planètes de ce type qu'attendu. Ce surprenant résultat fait suite à l'utilisation de divers télescopes et instruments, parmi lesquels le spectrographe HARPS à l'Observatoire de La Silla de l'ESO au Chili. L'environnement plus dense d'un amas favorise de plus fréquentes interactions entre planètes et étoiles proches, ce qui peut expliquer cet excès de Jupiter chauds.
Crédit: ESO/L. Calçada Une équipe chilienne, brésilienne et européenne emmenée par Roberto Saglia de l'Institut Max Planck dédié à la Physique Extraterrestre, Garching, Allemagne, et Luca Pasquini de l'ESO, ont collecté, plusieurs années durant, des mesures très précises concernant 88 étoiles de Messier 67 [1]. Cet amas ouvert d'étoiles a le même âge que le Soleil, et notre Système Solaire est probablement issu d'un environnement de densité semblable [2].
Afin de détecter les signatures de planètes géantes dotées de courtes périodes orbitales, et notamment l'oscillation stellaire générée par la présence d'un objet massif situé à proximité – une planète de type Jupiter chaud en l'occurrence, l'équipe a utilisé divers instruments [3] dont HARPS. La signature d'un Jupiter chaud est ainsi apparue sur trois des étoiles de l'amas. Ces signatures s'ajoutent aux preuves antérieures de l'existence de plusieurs autres planètes.
Un Jupiter chaud est une exoplanète géante dont la masse est supérieure au tiers de celle de Jupiter. Elles sont qualifiées de “chaudes” parce qu'elles orbitent à proximité de leurs étoiles hôtes, comme en témoignent leurs périodes orbitales inférieures à dix jours. En ce sens, elles diffèrent notablement de “notre” Jupiter, dont la révolution autour du Soleil avoisine les 12 années terrestres et dont la température de surface est inférieure à celle de la Terre [4].
“Nous souhaitons utiliser un amas ouvert d'étoiles comme un laboratoire afin de sonder les propriétés des exoplanètes et de tester la validité des théories de formation planétaire” explique Roberto Saglia. “Dans le cas présent, de nombreuses étoiles sont probablement entourées de planètes. En outre, Messier 67 constitue un environnement dense, au sein duquel les systèmes solaires ont dû se former”.
L'étude montre que les Jupiters chauds sont plus nombreux à orbiter autour d'étoiles de l'amas Messier 67 qu'autour d'étoiles situées hors amas. “Ce résultat est particulièrement surprenant”, s'enthousiasme Anna Brucalassi, qui a conduit l'analyse. “Les nouveaux résultats indiquent que 5% des étoiles de Messier 67 sont entourées de Jupiters chauds – ce taux est de 1% pour les étoiles hors amas.”
Aux dires des astronomes, il est hautement improbable que ces géantes exotiques se soient formées à l'endroit précis où nous les détectons aujourd'hui, les conditions régnant à si grande proximité de leur étoile hôte ne favorisant pas la formation de planètes de type Jupiter. Il semblerait plutôt qu'elles se soient formées à plus grande distance, comme ce fut probablement le cas de Jupiter, puis qu'elles aient migré en direction de leur étoile hôte. Jadis froides et distantes, ces exoplanètes géantes sont à présent beaucoup plus chaudes. La raison de leur migration vers l'intérieur de leur système solaire pose question.
Plusieurs scénari sont envisageables. Toutefois, les auteurs attribuent préférentiellement cette migration aux interactions gravitationnelles avec des étoiles voisines, voire avec des planètes de systèmes solaires voisins. L'environnement proche peut effectivement avoir un impact non négligeable sur l'évolution d'un système solaire.
Dans un amas tel que Messier 67, constitué d'étoiles situées à plus grande proximité qu'à l'accoutumé, de telles rencontres seraient bien plus fréquentes, ce qui expliquerait la densité particulièrement élevée de Jupiters chauds.
Luca Pasquini de l'ESO, co-auteur et co-directeur de cette étude, revient sur l'histoire récente de la chasse aux exoplanètes au sein d'amas: “Voici quelques années, aucun Jupiter chaud n'avait encore été détecté au sein d'amas ouverts. En l'espace de trois ans, nous sommes passés d'une absence totale de planète de ce type ... à un excès !”
L'amas d'étoiles Messier 67 dans la constellation du Cancer.
Ce graphe indique la localisation de l'amas d'étoiles Messier 67 dans la constellation du Cancer (Le Crabe). Sur cette carte figure la plupart des étoiles visibles à l'œil nu dans de bonnes conditions d'observation, et l'emplacement de l'amas est entouré d'un cercle rouge. Cet objet peut être observé au moyen de jumelles et un bon nombre de ses étoiles peut être aperçues au travers d'un télescope de taille moyenne.
Crédit: ESO, IAU and Sky & Telescope
[1] Parce que certaines des 88 étoiles composant l'échantillon initial présentaient un caractère binaire ou ne se prêtaient pas à cette analyse, elles en furent exclues. Cette nouvelle étude se focalise donc sur un sous-groupe constitué de 66 étoiles.
[2] Au contraire de Messier 67, l'amas au sein duquel s'est formé notre Soleil a dû se dissiper il y a bien longtemps, laissant le Soleil évoluer seul.
[3] Des spectres obtenus à partir du Spectrographe de Haute Résolution du Télescope Hobby-Eberly au Texas, Etats-Unis, ont également été utilisés ainsi que ceux réalisés avec le spectrographe Sophie de l'Observatoire de Haute Provence, en France.
[4] 51 Pegasi b, la toute première exoplanète découverte à proximité d'une étoile de type Soleil, était également un Jupiter chaud. A l'époque, ce résultat surprit les astronomes, qui s'attendaient à observer des systèmes planétaires semblables au nôtre, dotés de planètes massives situées en périphérie.
Plus d'informations:
Ce travail de recherche a fait l'objet d'un article intitulé “
Search for giant planets in M67 III: excess of Hot Jupiters in dense open clusters”, par A. Brucalassi et al., à paraître dans la revue Astronomy & Astrophysics.
L'équipe est composée de A. Brucalassi (Institut Max Planck dédié à la Physique Extraterrestre, Garching, Allemagne; Observatoire de l'Université de Munich, Allemagne), L. Pasquini (ESO, Garching, Allemagne), R. Saglia (Institut Max Planck dédié à la Physique Extraterrestre, Garching, Allemagne; Observatoire de l'Université de Munich, Allemagne), M.T. Ruiz (Université du Chili, Santiago, Chili), P. Bonifacio (GEPI, Observatoire de Paris, CNRS, Univ. Paris Diderot, Meudon, France), I. Leão (ESO, Garching, Allemagne; Université Fédérale de Rio Grande do Norte, Natal, Brésil), B.L. Canto Martins (Université Fédérale de Rio Grande do Norte, Natal, Brésil), J.R. de Medeiros (Université Fédérale de Rio Grande do Norte, Natal, Brésil), L. R. Bedin (INAF-Observatoire Astronomique de Padoue, Padoue, Italie) , K. Biazzo (INAF-Obsevatoire Astronomique de Catane, Catane, Italie), C. Melo (ESO, Santiago, Chili), C. Lovis (Observatoire de Genève, Sauverny, Suisse) et S. Randich (INAF-Observatoire d'Astrophysique d'Arcetri, Florence, Italie).