Communiqué de presse

Première découverte d’une planète géante autour d’une naine blanche

Des observations de l’ESO suggèrent que cette exoplanète de type Neptune s’évapore

4 décembre 2019

Grâce au Very Large Telescope de l’ESO, des chercheurs ont pour la toute première fois détecté la présence d’une planète géante à proximité d’une étoile de type naine blanche. La planète orbite à si grande proximité de la naine blanche chaude, vestige d’une étoile semblable au Soleil, que son atmosphère s’échappe progressivement, se condensant en un disque de gaz en périphérie de l’étoile. Ce système unique évoque la probable destinée de notre propre Système Solaire.

“Cette découverte fut complètement fortuite” déclare Boris Gänsicke de l’Université de Warwick au Royaume-Uni, qui a piloté cette étude dont les résultats paraissent ce jour dans la revue Nature. L’équipe a scruté l’environnement de 7000 naines blanches observées dans le cadre du Sloan Digital Sky Survey, et isolé l’une d’elles, en apparence différente des autres. L’analyse des faibles variations de lumière émise par l’étoile a permis à l’équipe de mettre en évidence les traces d’éléments chimiques en quantités jusqu’à présent inobservées au sein d’une naine blanche. “Nous pressentions que ce système présentait un caractère exceptionnel, et nous avons supposé qu’il pourrait constituer le vestige d’un système planétaire.”

Afin de mieux cerner les propriétés de cette étoile atypique baptisée WDJ0914+1914, l’équipe l’a analysée au moyen de l’instrument X-shooter installé sur le Very Large Telescope de l’ESO dans le désert chilien de l’Atacama. Ces observations de suivi ont confirmé la présence d’hydrogène, d’oxygène et de souffre dans l’environnement de la naine blanche. L’étude détaillée du spectre acquis par X-shooter a permis à l’équipe de localiser ces éléments, non pas dans l’atmosphère stellaire, mais au sein d’un disque de gaz tourbillonnant autour de la naine blanche.

“Quelques semaines de réflexion furent nécessaires pour aboutir à la seule conclusion plausible : la création de ce disque doit résulter de l’évaporation d’une planète géante”, avance Matthias Schreiber de l’Université de Valparaiso au Chili, auteur des simulations numériques de l’évolution passée et à venir de ce système.

Les quantités d’hydrogène, d’oxygène et de souffre détectées sont semblables à celles caractérisant les couches atmosphériques profondes des planètes glacées et géantes telles Neptune et Uranus. Dans l’éventualité où une telle planète orbiterait à proximité directe d’une naine blanche chaude, l’intense rayonnement ultraviolet en provenance de l’étoile expulserait ses enveloppes externes et une partie du gaz éjecté se concentrerait en un disque tourbillonnant autour de la naine blanche. Telle est ce que pensent avoir détecté les scientifiques autour de WDJ0914+1914 : La première planète s’évaporant au cours de son orbite autour d’une naine blanche.

En combinant les données d’observations aux modèles théoriques, l’équipe d’astronomes du Royaume-Uni, du Chili et d’Allemagne fut en mesure de dresser le portrait le plus fidèle possible de ce système unique. La naine blanche est caractérisée par de faibles dimensions et une température de surface élevée, avoisinant les 28 000 °C, ce qui représente cinq fois la température de notre Soleil. Par opposition, la planète apparaît glacée et géante – au moins deux fois plus étendue que l’étoile. Parce qu’elle est en orbite autour de la naine blanche chaude à faible distance, effectuant une révolution complète en 10 jours seulement, les photons hautement énergétiques émis par l’étoile expulsent progressivement l’atmosphère planétaire. La plupart du gaz s’échappe, le reste se retrouve piégé au sein d’un disque tourbillonnant vers l’étoile à la vitesse de 3000 tonnes par seconde. C’est précisément la présence de ce disque qui révèle l’existence de cette planète de type Neptune.

“C’est la toute première fois que nous sommes en mesure de déterminer les quantités de gaz tels l’oxygène et le souffre présents dans le disque, ce qui nous renseigne sur la composition des atmosphères exoplanétaires” précise Odette Toloza de l’Université de Warwick, qui a développé un modèle simulant le disque de gaz environnant la naine blanche.

“Cette découverte permet en outre d’affiner notre compréhension de la destinée finale des systèmes planétaires”, ajoute Boris Gänsicke.

Les étoiles semblables à notre Soleil consument l’hydrogène composant leurs noyaux durant la majeure partie de leur existence. Lorsque ce carburant vient à manquer, elles se transforment en géantes rouges : leurs volumes augmentant considérablement, elles engloutissent les planètes les plus proches. Dans le cas du Système Solaire, Mercure, Vénus et la Terre se verront absorber par le Soleil devenu géante rouge d’ici 5 milliards d’années. Puis, les étoiles de type Soleil perdent leurs enveloppes externes. Subsiste alors leur seul noyau consumé, une naine blanche. Ces vestiges stellaires peuvent être environnés de planètes. Nombre de ces systèmes stellaires sont supposés exister dans notre galaxie. Toutefois, les scientifiques n’avaient pas encore découvert les preuves de la survie d’une planète géante en périphérie d’une naine blanche. La détection d’une exoplanète en orbite autour de WDJ0914+1914, à quelque 1500 années lumière dans la constellation du Cancer, pourrait bien constituer la première d’une longue série de découvertes de ce type de système.

According to the researchers, the exoplanet now found with the help of ESO’s X-shooter orbits the white dwarf at a distance of only 10 million kilometres, or 15 times the solar radius, which would have been deep inside the red giant. The unusual position of the planet implies that at some point after the host star became a white dwarf, the planet moved closer to it. The astronomers believe that this new orbit could be the result of gravitational interactions with other planets in the system, meaning that more than one planet may have survived its host star’s violent transition.

Aux dires des chercheurs, l’exoplanète découverte au moyen de l’instrument X-shooter de l’ESO orbite la naine blanche à quelque 10 millions de kilomètres seulement, ce qui représente quinze rayons solaires, et correspond aux enveloppes internes profondes de la géante rouge. L’actuelle position occupée par cette planète suggère que cette dernière migra en direction de l’étoile après qu’elle se fut transformée en naine blanche. Cette nouvelle orbite pourrait résulter d’interactions gravitationnelles avec d’autres planètes du même système, ce qui laisse entrevoir la possibilité que d’autres planètes aient survécu aux phases évolutives de leur étoile hôte.

“Récemment encore, une minorité d’astronomes se préoccupaient du sort des planètes situées en périphérie d’étoiles en fin de vie. Cette découverte d’une planète orbitant à grande proximité d’un noyau stellaire consumé renforce l’idée que l’Univers challenge constamment les idées établies qui constellent notre esprit”, conclut Boris Gänsicke.

Plus d'informations

Ce travail de recherche a fait l’objet d’un article à paraître au sein de la revue Nature.

L’équipe se compose de Boris Gänsicke (Département de Physique & Centre d’Etude des Exoplanètes et de leur Habitabilité, Université de Warwick, Royaume-Uni), Matthias Schreiber (Institut de Physique et d’Astronomie, Noyau du Millénaire dédié à la Formation des Planètes, Université de Valparaiso, Chili), Odette Toloza (Département de Physique, Université de Warwick, Royaume-Uni), Nicola Gentile Fusillo (Département de Physique, Université de Warwick, Royaume-Uni), Detlev Koester (Institut de Physique Théorique et d’Astrophysique, Université de Kiel, Allemagne), et Christopher Manser (Département de Physique, Université de Warwick, Royaume-Uni).

L'ESO est la première organisation intergouvernementale pour l'astronomie en Europe et l'observatoire astronomique le plus productif au monde. L'ESO est soutenu par 16 pays : l'Allemagne, l'Autriche, la Belgique, le Danemark, l'Espagne, la Finlande, la France, l’Irlande, l'Italie, les Pays-Bas, la Pologne, le Portugal, la République Tchèque, le Royaume-Uni, la Suède et la Suisse. L'ESO conduit d'ambitieux programmes pour la conception, la construction et la gestion de puissants équipements pour l'astronomie au sol qui permettent aux astronomes de faire d'importantes découvertes scientifiques. L'ESO joue également un rôle de leader dans la promotion et l'organisation de la coopération dans le domaine de la recherche en astronomie. L'ESO gère trois sites d'observation uniques, de classe internationale, au Chili : La Silla, Paranal et Chajnantor. À Paranal, l'ESO exploite le VLT « Very Large Telescope », l'observatoire astronomique observant dans le visible le plus avancé au monde et deux télescopes dédiés aux grands sondages. VISTA fonctionne dans l'infrarouge. C'est le plus grand télescope pour les grands sondages. Et, le VLT Survey Telescope (VST) est l'un des plus grands télescopes conçus exclusivement pour sonder le ciel dans la lumière visible. L'ESO est le partenaire européen d'ALMA, un télescope astronomique révolutionnaire. ALMA est le plus grand projet astronomique en cours de réalisation. L'ESO est actuellement en train de programmer la réalisation d'un télescope géant (ELT pour Extremely Large Telescope) de la classe des 39 mètres qui observera dans le visible et le proche infrarouge. L'ELT sera « l'œil le plus grand au monde tourné vers le ciel ».

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Matthias Schreiber
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Tél: +56 32 299 5518
Courriel: matthias.schreiber@uv.cl

Odette Toloza
University of Warwick
UK
Courriel: odette.toloza@warwick.ac.uk

Nicola Gentile Fusillo (study co-author)
European Southern Observatory and University of Warwick
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Christopher Manser (study co-author)
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Ce texte est une traduction du communiqué de presse de l'ESO eso1919.