2010

Jusqu’à sept planètes autour d’une étoile semblable au Soleil - Des astrophysiciens de l'UNIGE identifient un riche système exoplanétaire

Une équipe d’astronomes de l’UNIGE a découvert, au moyen de l’instrument HARPS, un système planétaire comprenant au moins cinq planètes orbitant autour de l’étoile HD 10180, qui ressemble à notre Soleil. Les chercheurs ont aussi établi la preuve de l’existence de deux planètes supplémentaires, dont l’une aurait la masse la plus petite jamais détectée. Cela rend ce système similaire à notre propre système en ce qui concerne le nombre de planètes (sept, à comparer aux huit planètes du système solaire). En outre, les astronomes ont mis en évidence le fait que les distances entre les planètes et leur étoile suivent un arrangement régulier, qui est aussi observé dans notre système solaire.

Nous avons trouvé ce qui est probablement le système planétaire le plus fourni connu à ce jour”, commente Christophe Lovis, premier auteur de l’article décrivant les résultats et chercheur à l’Université de Genève (UNIGE). “Cette découverte marque aussi un tournant dans le domaine des exoplanètes: la possibilité d’étudier des systèmes complexes et plus seulement des planètes individuelles. L’analyse des mouvements des planètes dans ce système révèle des interactions gravitationnelles complexes entre les différents corps et nous donne des informations sur l’évolution à long terme du système.»

HARPS, fabuleux appareil
L’équipe internationale d’astronomes a utilisé le spectromètre HARPS, monté sur le télescope de 3.6m de l’ESO à La Silla (Chili), pour suivre, six années Durant, l’étoile HD 10180, située à 127 années-lumière dans la constellation australe de l’Hydre. HARPS est un instrument à la précision inégalée, ce qui en fait le meilleur chasseur de planètes au monde.

Grâce aux 190 mesures obtenues avec HARPS, les astronomes ont pu détecter les infimes mouvements de va-et-vient de l’étoile causés par l’attraction gravitationnelle d’au moins 5 objets. Les cinq signaux les plus forts correspondent à des planètes ayant environ la masse de Neptune – entre 13 et 25 fois la masse de la Terre [1] – qui orbitent autour de l’étoile en 6 à 600 jours. Ces planètes se trouvent à des distances de 0.06 à 1.4 fois la distance Terre-Soleil.

Deux autres exoplanètes identifiées
“Nous avons aussi de solides raisons de croire que deux autres planètes sont présentes dans le système”, ajoute Christophe Lovis. L’une ressemble à Saturne, avec une masse minimale de 65 fois la Terre, et orbite en 2200 jours. L’autre serait l’exoplanète la moins massive jamais découverte, avec une masse minimale de seulement 1.4 fois la Terre. Elle se trouve extrêmement proche de son étoile, à seulement 2% de la distance Terre-Soleil. Une “année” sur cette planète ne dure que 1.18 jour terrestre. “Cet objet imprime à son étoile un mouvement de seulement 3 km/h – plus lent qu’une personne qui marche – et ce mouvement est très difficile à mesurer”, explique Damien Ségransan, membre de l’équipe. Si elle est confirmée, cette planète représenterait un exemple supplémentaire de planète rocheuse et bouillante, comme CoRoT-7b, découverte l’année dernière.

Hypothèses et confirmations
Le nouveau système planétaire autour de HD 10180 est unique pour plusieurs raisons. Tout d’abord, avec au moins 5 planètes ressemblant à Neptune à des distances inférieures à l’orbite de Mars, ce système est plus peuplé que le système solaire dans ses régions intérieures, et ses planètes y sont bien plus massives [2]. De plus, le système ne contient probablement pas de planètes géantes comme Jupiter. Toutes ses planètes circulent sur des orbites quasiment circulaires.

Jusqu’à présent, les astronomes connaissent quinze systèmes comprenant au moins trois planètes. Le dernier détenteur du record était l’étoile 55 Cancri, qui a cinq planètes dont deux géantes gazeuses. “Les systèmes de petites planètes comme HD 10180 semblent être assez fréquents, mais leur formation et leur histoire restent un mystère”, commente Christophe Lovis. En utilisant la nouvelle découverte ainsi que les données d’autres systèmes connus, les astronomes ont trouvé un équivalent de la loi de Titius-Bode qui existe dans notre système solaire: les distances des planètes à leur étoile semblent suivre un arrangement régulier [3]. “Ce pourrait être une signature du processus de formation de ces systèmes planétaires”, explique le professeur Michel Mayor, membre de l’équipe.

Lien entre masse planétaire et propriétés stellaires
Un autre résultat important obtenu par les chercheurs en étudiant ces systèmes est qu’il existe une corrélation entre la masse d’un système et la masse et le contenu en éléments chimiques de son étoile hôte. Tous les systèmes très massifs se trouvent autour d’étoiles relativement massives et riches en éléments lourds, alors que les quatre systèmes les plus légers orbitent autour d’étoiles de masse plus faible et pauvres en éléments lourds [4]. Ces propriétés confirment les modèles théoriques actuels.

La découverte est annoncée aujourd’hui lors de la conférence internationale “détection et dynamique des exoplanètes en transit”, qui se tient à l’Observatoire de Haute-Provence (France).

Notes
[1] Avec la méthode des vitesses radiales, les astronomes peuvent mesurer uniquement la masse minimale d’une planète, car celle-ci dépend de l’inclinaison du plan orbital par rapport à la ligne de visée, qui est inconnue. D’un point de vue statistique, la masse minimale est cependant souvent proche de la masse réelle.

[2] En moyenne, les planètes dans les régions internes du système de HD 10180 ont une masse 20 fois supérieure à la Terre, alors que la masse moyenne des planètes du système solaire interne (Mercure, Vénus, Terre et Mars) est seulement d’une demi-fois la Terre.

[3] La loi de Titius-Bode stipule que les distances des planètes au Soleil suivent une séquence régulière. Pour les planètes extérieures, la loi prédit que chaque planète se trouve environ 2 fois plus loin du Soleil que la planète précédente. L’hypothèse a pu correctement prédire les orbites de Cérès et Uranus, mais échoue à prédire celle de Neptune.

  [4] D’après les définitions utilisées en astronomie, les “métaux” représentent tous les éléments chimiques à l’exception de l’hydrogène et de l’hélium. Ces métaux, à quelques exceptions près, ont tous été créés par les diverses générations d’étoiles. Les planètes rocheuses sont donc faites de “métaux”.

Informations supplémentaires
Ces recherches sont présentées dans un article soumis à la revue Astronomy & Astrophysics (“The HARPS search for southern extra-solar planets. XXV. Up to seven planets orbiting HD 10180: probing the architecture of low-mass planetary systems” par C. Lovis et al.).

L’équipe est formée de C. Lovis, D. Ségransan, M. Mayor, S. Udry, F. Pepe, et D. Queloz (Observatoire de Genève, Université de Genève, Suisse), W. Benz (Universität Bern, Suisse), F. Bouchy (Institut d’Astrophysique de Paris, France), C. Mordasini (Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg, Allemagne), N. C. Santos (Universidade do Porto, Portugal), J. Laskar (Observatoire de Paris, France), A. Correia (Universidade de Aveiro, Portugal), J.-L. Bertaux (Université Versailles Saint-Quentin, France) et G. Lo Curto (ESO).

Contacts
Christophe Lovis
Tél. +41 78 728 03 54 (mobile)
Email: christophe.lovis(at)unige.ch

Damien Ségransan
Tél. +41 22 379 24 79
Email: damien.segransan(at)unige.ch

Francesco Pepe
Tél. +41 22 379 23 96
Email: francesco.pepe(at)unige.ch

23 août 2010
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