Un document de recherche rédigé par une équipe internationale d'astronomes [2] fournit de solides arguments en faveur, mais la réponse définitive attend maintenant d'autres observations.
À plusieurs reprises au cours des dernières années, des images astronomiques ont révélé des objets faibles, vus près d'étoiles beaucoup plus brillantes. On pense que certains d'entre eux sont ceux d'exoplanètes en orbite, mais après une étude plus approfondie, aucun d'entre eux n'a pu résister au vrai test. Certains se sont avérés être de faibles compagnons stellaires, d'autres étaient des étoiles d'arrière-plan totalement indépendantes. Celui-ci pourrait bien être différent.
En avril de cette année, l'équipe d'astronomes européens et américains a détecté un point de lumière faible et très rouge très proche (à une distance angulaire de 0,8 arcsec) d'un objet nain brun, désigné 2MASSWJ1207334-393254. Également connue sous le nom de «2M1207», il s'agit d'une «étoile défaillante», c'est-à-dire un corps trop petit pour que les principaux processus de fusion nucléaire se soient enflammés à l'intérieur et produisent maintenant de l'énergie par contraction. Il est membre de l'association stellaire TW Hydrae située à une distance d'environ 230 années-lumière. La découverte a été faite avec l'installation NACO prise en charge par l'optique adaptative [3] du télescope Yepun de 8,2 m VLT de l'Observatoire Paranal ESO (Chili).
L'objet faible est plus de 100 fois plus faible que le 2M1207 et son spectre proche infrarouge a été obtenu avec beaucoup d'efforts en juin 2004 par NACO, à la limite technique de la puissante installation. Ce spectre montre les signatures des molécules d'eau et confirme que l'objet doit être relativement petit et léger.
Aucune des observations disponibles ne contredit qu'il pourrait s'agir d'une exoplanète en orbite autour de 2M1207. Tenant compte des couleurs infrarouges et des données spectrales, les calculs du modèle évolutif pointent vers une planète de 5 jupiter-masse en orbite autour de 2M1207. Pourtant, ils ne permettent pas encore une décision claire sur la nature réelle de cet objet intrigant. Ainsi, les astronomes le qualifient de «compagnon candidat de la planète géante (GPCC)» [4].
Des observations vont maintenant être faites pour vérifier si le mouvement dans le ciel de GPCC est compatible avec celui d'une planète en orbite autour de 2M1207. Cela devrait devenir évident dans un délai maximum de 1 à 2 ans.
Juste un grain de lumière
Depuis 1998, une équipe d'astronomes européens et américains [2] étudie l'environnement des jeunes «associations stellaires» proches, c'est-à-dire les grands conglomérats d'étoiles pour la plupart jeunes et les nuages de poussière et de gaz à partir desquels ils se sont récemment formés.
Les étoiles de ces associations sont des cibles idéales pour l'imagerie directe de compagnons sous-stellaires (planètes ou objets nains bruns). Le chef de l'équipe, l'astronome de l'ESO, Gael Chauvin, note que «quelle que soit leur nature, les objets sous-stellaires sont beaucoup plus chauds et plus brillants lorsqu'ils sont jeunes - des dizaines de millions d'années - et peuvent donc être plus facilement détectés que les objets plus anciens de masse similaire».
L'équipe s'est particulièrement concentrée sur l'étude de la TW Hydrae Association. Il est situé en direction de la constellation de l'hydre (le serpent d'eau) au plus profond du ciel austral, à une distance d'environ 230 années-lumière. Pour cela, ils ont utilisé l'installation NACO [3] du télescope VLT Yepun de 8,2 m, l'un des quatre télescopes géants de l'ESO Paranal Observatory dans le nord du Chili. L’optique adaptative (AO) de l’instrument surmonte la distorsion induite par les turbulences atmosphériques, produisant des images proche infrarouge extrêmement nettes. Le capteur de front d'onde infrarouge était une composante essentielle du système AO pour le succès de ces observations. Cet instrument unique détecte la déformation de l'image proche infrarouge, c'est-à-dire dans une région de longueur d'onde où des objets comme 2M1207 (voir ci-dessous) sont beaucoup plus lumineux que dans le domaine visible.
La TW Hydrae Association contient une étoile avec un compagnon nain brun en orbite, environ 20 fois la masse de Jupiter, et quatre étoiles entourées de disques proto-planétaires poussiéreux. Les objets nains bruns sont des «étoiles défaillantes», c'est-à-dire des corps trop petits pour que les processus nucléaires se soient enflammés à l'intérieur et produisent maintenant de l'énergie par contraction. Ils n'émettent presque pas de lumière visible. Comme le Soleil et les planètes géantes du système solaire, ils sont composés principalement d'hydrogène gazeux, peut-être avec des ceintures de nuages tourbillonnants.
Sur une série d'expositions effectuées à travers différents filtres optiques, les astronomes ont découvert un minuscule grain de lumière rouge, à seulement 0,8 arcsec de l'objet nain brun TW Association Hydrae 2MASSWJ1207334-393254, ou simplement «2M1207», cf. PR Photo 26a / 04. L'image faible est plus de 100 fois plus faible que celle du 2M1207. «Si ces images avaient été obtenues sans optique adaptative, cet objet n'aurait pas été vu», explique Gael Chauvin.
Christophe Dumas, un autre membre de l'équipe, est enthousiaste: «Le plaisir de voir cette faible source de lumière en temps réel sur l'écran de l'instrument était incroyable. Bien qu'il soit sûrement beaucoup plus grand qu'un objet de taille terrestre, il est étrange de penser qu'il peut en effet être le premier système planétaire au-delà du nôtre jamais imaginé. »
Exoplanète ou nain brun?
Quelle est la nature de ce faible objet [4]? Serait-ce une exoplanète en orbite autour de ce jeune objet nain brun à une distance projetée d'environ 8 250 millions de kilomètres (environ le double de la distance entre le Soleil et Neptune)?
«Si le candidat compagnon de 2M1207 est vraiment une planète, ce serait la première fois qu'une exoplanète liée par gravitation est imagée autour d'une étoile ou d'une naine brune», explique Benjamin Zuckerman de l'UCLA, membre de l'équipe et également de l'astrobiologie de la NASA. Institut.
En utilisant la spectroscopie à haute résolution angulaire avec l'installation NACO, l'équipe a confirmé le statut sous-stellaire de cet objet - maintenant appelé «compagnon candidat de la planète géante (GPCC)» - en identifiant de larges absorptions de bande d'eau dans son atmosphère, cf . Photo PR 26b / 04.
Le spectre d'une planète jeune et chaude - comme le GPCC pourrait bien l'être - aura de fortes similitudes avec un objet plus ancien et plus massif tel qu'une naine brune. Cependant, lorsqu'il se refroidit après quelques dizaines de millions d'années, un tel objet montrera les signatures spectrales d'une planète gazeuse géante comme celles de notre propre système solaire.
Bien que le spectre du GPCC soit assez «bruyant» en raison de sa faiblesse, l'équipe a pu lui attribuer une caractérisation spectrale qui exclut une éventuelle contamination par des objets extra-galactiques ou des étoiles fraîches de type tardif avec un excès infrarouge anormal, situé au-delà du nain brun.
Après une étude très approfondie de toutes les options, l'équipe a constaté que, bien que cela soit statistiquement très improbable, la possibilité que cet objet soit un nain brun froid plus ancien et plus massif, au premier plan ou à l'arrière-plan, ne peut pas être complètement exclue. L'analyse détaillée correspondante est disponible dans le document de recherche qui a été accepté et publié dans la revue européenne Astronomy & Astrophysics (voir ci-dessous).
Implications
La naine brune 2M1207 a environ 25 fois la masse de Jupiter et est donc environ 42 fois plus légère que le Soleil. En tant que membre de la TW Hydrae Association, elle a environ huit millions d'années.
Parce que notre système solaire a 4600 millions d'années, il n'y a aucun moyen de mesurer directement la formation de la Terre et des autres planètes au cours des premières dizaines de millions d'années suivant la formation du Soleil. Mais, si les astronomes peuvent étudier le voisinage de jeunes étoiles qui n'ont maintenant que des dizaines de millions d'années, alors en observant une variété de systèmes planétaires qui se forment maintenant, ils seront en mesure de comprendre beaucoup plus précisément nos propres origines lointaines.
Anne-Marie Lagrange, membre de l'équipe de l'Observatoire de Grenoble (France), regarde vers l'avenir: «Notre découverte représente une première étape vers l'ouverture d'un tout nouveau domaine en astrophysique: l'imagerie et l'étude spectroscopique des systèmes planétaires. Ces études permettront aux astronomes de caractériser la structure physique et la composition chimique des planètes géantes et, éventuellement, terrestres. »
Observations de suivi
Compte tenu des couleurs infrarouges et des données spectrales disponibles pour GPCC, les calculs du modèle évolutif pointent vers une planète de 5 jupiter-mass, environ 55 fois plus éloignée de 2M1207 que la Terre ne l'est du Soleil (55 AU). La température de surface semble être environ 10 fois plus chaude que Jupiter, environ 1000 ° C; cela s'explique facilement par la quantité d'énergie qui doit être libérée pendant le taux de contraction actuel de ce jeune objet (en effet, la planète géante beaucoup plus ancienne Jupiter produit encore de l'énergie à l'intérieur).
Les astronomes vont maintenant poursuivre leurs recherches pour confirmer ou infirmer s'ils ont effectivement découvert une exoplanète. Au cours des prochaines années, ils s'attendent à établir sans aucun doute si l'objet est bien une planète en orbite autour de la naine brune 2M1207 en observant comment les deux objets se déplacent dans l'espace et en apprenant s'ils se déplacent ensemble ou non. Ils mesureront également la luminosité du GPCC à plusieurs longueurs d'onde et d'autres observations spectrales pourront être tentées.
Il ne fait aucun doute que les futurs programmes d'imagerie des exoplanètes autour des étoiles proches, soit depuis le sol avec des télescopes extrêmement grands équipés d'optiques adaptatives spécialement conçues, soit depuis l'espace avec des télescopes spéciaux pour trouver des planètes, bénéficieront grandement des réalisations technologiques actuelles.
Plus d'information
Les résultats présentés dans ce communiqué de presse de l'ESO sont basés sur un document de recherche ("Un candidat pour une planète géante près d'un jeune nain brun" de G. Chauvin et al.) Qui a été accepté pour publication et qui paraîtra bientôt dans la principale revue de recherche " Astronomie et astrophysique ». Une préimpression est disponible ici.
Remarques
[1]: Ce communiqué est diffusé simultanément par l'ESO et le CNRS.
[2]: L'équipe est composée de Gael Chauvin et Christophe Dumas (ESO-Chili), Anne-Marie Lagrange et Jean-Luc Beuzit (LAOG, Grenoble, France), Benjamin Zuckerman et Inseok Song (UCLA, Los Angeles, USA), David Mouillet (LAOMP, Tarbes, France) et Patrick Lowrance (IPAC, Pasadena, USA). Les membres américains de l’équipe reconnaissent le financement accordé en partie par l’Institut d’astrobiologie de la NASA.
[3]: L'installation NACO (de NAOS / Nasmyth Adaptive Optics System et CONICA / Near-Infrared Imager and Spectrograph) au télescope Yepun de 8,2 m de Vep sur Paranal offre la capacité de produire des images infrarouges proches à infrarouge limité d'objets astronomiques . Il détecte le rayonnement dans cette région de longueur d'onde avec le dichroïque N90C10; 90% du flux est transmis au capteur de front d'onde et 10% à la caméra proche infrarouge CONICA. Ce mode est particulièrement utile pour l'imagerie nette d'objets rouges et sous-stellaires et de très faible masse. Le correcteur d'optique adaptative (NAOS) a été construit, sous contrat ESO, par l'Office National d'Etudes et de Recherches Aérospatiales (ONERA), le Laboratoire d'Astrophysique de Grenoble (LAOG) et les laboratoires LESIA et GEPI de l'Observatoire de Paris en France, en collaboration avec l'ESO. La caméra CONICA a été construite, sous contrat ESO, par le Max-Planck-Institut f? Astronomie (MPIA) (Heidelberg) et le Max-Planck Institut f? Extraterrestrische Physik (MPE) (Garching) en Allemagne, en collaboration avec ESO.
[4]: Quelle est la différence entre une petite naine brune et une exoplanète? La frontière entre les deux est toujours à l'étude mais il semble qu'un objet nain brun se forme de la même manière que les étoiles, c'est-à-dire par contraction dans un nuage interstellaire tandis que les planètes se forment dans des disques circumstellaires stables par collision / accrétion de planétésimaux ou de disque instabilités. Cela implique que les naines brunes se forment plus rapidement (moins de 1 million d'années) que les planètes (~ 10 millions d'années). Une autre façon de séparer les deux types d'objets est la masse (comme cela se fait également entre les naines brunes et les étoiles): les planètes (géantes) sont plus légères qu'environ 13 masses jupiter (la masse critique nécessaire pour allumer la fusion du deutérium), les naines brunes sont plus lourds. Malheureusement, la première définition ne peut pas être utilisée dans la pratique, par exemple lors de la détection d'un compagnon faible comme dans le cas présent, car les observations ne fournissent pas d'informations sur la façon dont l'objet a été formé. Au contraire, le critère de masse ci-dessus est utile dans le sens où la spectroscopie et l'astrométrie d'un objet faible, ainsi que les modèles évolutifs appropriés, peuvent révéler la masse et donc la nature de l'objet.
Source d'origine: communiqué de presse de l'ESO
