Crédit d'image: ESO
Une équipe européenne d'astronomes [1] annonce la découverte et l'étude de deux nouvelles planètes extra-solaires (exoplanètes). Ils appartiennent aux objets candidats au transit OGLE et pourraient être caractérisés en détail. Cela triple le nombre d'exoplanètes découvertes par la méthode de transit; trois de ces objets sont maintenant connus.
Les observations ont été effectuées en mars 2004 avec le spectrographe multifibres FLAMES sur le télescope Vue Kueyen de 8,2 m de l'ESO Paranal Observatory (Chili). Ils ont permis aux astronomes de mesurer des vitesses radiales précises pour quarante et une étoiles pour lesquelles un «creux» de luminosité temporaire avait été détecté par le relevé OGLE. Cet effet pourrait être la signature du transit devant l'étoile d'une planète en orbite, mais peut également être causé par un petit compagnon stellaire.
Pour deux des étoiles (OGLE-TR-113 et OGLE-TR-132), les changements de vitesse mesurés ont révélé la présence de compagnons de masse planétaire sur des orbites de très courte période.
Ce résultat confirme l'existence d'une nouvelle classe de planètes géantes, désignées «Jupiters très chauds» en raison de leur taille et de leur température de surface très élevée. Ils sont extrêmement proches de leurs étoiles hôtes, en orbite autour d'eux en moins de 2 jours (Terre).
La méthode de transit pour détecter les exoplanètes sera «démontrée» pour un large public le 8 juin 2004, lorsque la planète Vénus passera devant le disque solaire, cf. le programme VT-2004.
Découvrir d'autres mondes
Au cours de la dernière décennie, les astronomes ont appris que notre système solaire n'est pas unique, car plus de 120 planètes géantes en orbite autour d'autres étoiles ont été découvertes par des levés à vitesse radiale (cf. ESO PR 13/00, ESO PR 07/01 et ESO PR 03/03).
Cependant, la technique de vitesse radiale n'est pas le seul outil pour la détection d'exoplanètes. Quand une planète passe devant son étoile parente (vue depuis la Terre), elle bloque une petite fraction de la lumière de l’étoile de notre vue. Plus la planète est grande par rapport à l'étoile, plus la fraction de lumière bloquée est grande.
C'est exactement le même effet lorsque Vénus transite le disque solaire le 8 juin 2004, cf. ESO PR 03/04 et le site Web du programme VT-2004. Au cours des derniers siècles, de tels événements ont été utilisés pour estimer la distance Soleil-Terre, avec des implications extrêmement utiles pour l'astrophysique et la mécanique céleste.
De nos jours, les transits planétaires gagnent en importance. Plusieurs enquêtes tentent de trouver les faibles signatures d'autres mondes, au moyen de mesures photométriques stellaires, à la recherche de la gradation périodique d'une étoile lors du passage d'une planète devant son disque.
L'une d'elles, l'enquête OGLE, a été conçue à l'origine pour détecter les événements de microlentille en surveillant la luminosité d'un très grand nombre d'étoiles à intervalles réguliers. Au cours des quatre dernières années, il a également inclus une recherche de «creux» périodiques peu profonds de la luminosité des étoiles, causés par le transit régulier de petits objets en orbite (petites étoiles, naines brunes ou planètes de la taille de Jupiter). L'équipe OGLE a depuis annoncé 137 «candidats au transit planétaire» à partir de son enquête sur environ 155 000 étoiles dans deux champs du ciel méridional, l'un en direction du Centre galactique, l'autre dans la constellation de la Carina.
Résolution de la nature des transits OGLE
Les candidats au transit OGLE ont été détectés par la présence d'une diminution périodique de quelques pour cent de la luminosité des étoiles observées. Le rayon d'une planète de la taille de Jupiter est environ 10 fois plus petit que celui d'une étoile de type solaire [2], c'est-à-dire qu'il couvre environ 1/100 de la surface de cette étoile et, par conséquent, il bloque environ 1% de la lumière stellaire pendant le transit.
Cependant, la seule présence d'un événement de transit ne révèle pas la nature du corps en transit. En effet, une étoile de faible masse ou une naine brune, ainsi que la luminosité variable d'un système binaire à éclipses d'arrière-plan vu dans la même direction, peuvent entraîner des variations de luminosité qui simulent celles produites par une planète géante en orbite.
Cependant, la nature de l'objet en transit peut être établie par des observations de vitesse radiale de l'étoile parente. La taille des variations de vitesse (l'amplitude) est directement liée à la masse de l'objet compagnon et permet donc de discriminer étoiles et planètes comme cause de la luminosité «dip» observée.
De cette façon, les recherches de transit photométrique et les mesures de vitesse radiale se combinent pour devenir une technique très puissante pour détecter de nouvelles exoplanètes. De plus, il est particulièrement utile pour élucider leurs caractéristiques. Alors que la détection d'une planète par la méthode de la vitesse radiale ne donne qu'une estimation inférieure de sa masse, la mesure du transit permet de déterminer la masse, le rayon et la densité exacts de la planète.
Les observations de vitesse radiale de suivi des 137 candidats de transit OGLE ne sont pas une tâche facile car les étoiles sont relativement faibles (magnitudes visuelles autour de 16). Cela ne peut être fait qu'en utilisant un télescope de la classe 8-10 m avec un spectrographe haute résolution.
La nature des deux nouvelles exoplanètes
Une équipe européenne d'astronomes [1] a donc fait usage du télescope VLT Kueyen de 8,2 m. En mars 2004, ils ont suivi 41 OGLE «top candidate candidate stars» pendant 8 demi-nuits. Ils ont profité de la capacité de multiplexage de l'installation de liaison fibre FLAMES / UVES qui permet d'obtenir simultanément des spectres haute résolution de 8 objets et mesure les vitesses stellaires avec une précision d'environ 50 m / s.
Alors que la grande majorité des candidats au transit OGLE se sont avérés être des étoiles binaires (principalement de petites étoiles fraîches transitant devant des étoiles de type solaire), deux des objets, appelés OGLE-TR-113 et OGLE-TR-132, étaient s'est révélé présenter de petites variations de vitesse. Lorsque toutes les observations disponibles - variations de lumière, spectre stellaire et changements de vitesse radiale - ont été combinées, les astronomes ont pu déterminer que pour ces deux étoiles, les objets en transit ont des masses compatibles avec celles d'une planète géante comme Jupiter.
Fait intéressant, les deux nouvelles planètes ont été détectées autour d'étoiles plutôt éloignées dans la galaxie de la Voie lactée, en direction de la constellation du sud de Carina. Pour OGLE-TR-113, l'étoile parente est de type F (légèrement plus chaude et plus massive que le Soleil) et est située à une distance d'environ 6000 années-lumière. La planète en orbite est environ 35% plus lourde et son diamètre est 10% plus grand que celui de Jupiter, la plus grande planète du système solaire. Il orbite autour de l'étoile une fois tous les 1,43 jours à une distance de seulement 3,4 millions de kilomètres (0,0228 UA). Dans le système solaire, Mercure est 17 fois plus éloigné du Soleil. La température de surface de cette planète, qui comme Jupiter est un géant gazeux, est d'autant plus élevée, probablement au-dessus de 1800 ° C.
La distance jusqu'au système OGLE-TR-132 est d'environ 1200 années-lumière. Cette planète est à peu près aussi lourde que Jupiter et environ 15% plus grande (sa taille est encore quelque peu incertaine). Il orbite autour d'une étoile naine K (plus froide et moins massive que le Soleil) une fois tous les 1,69 jours à une distance de 4,6 millions de kilomètres (0,0306 UA). Cette planète doit également être très chaude.
Une nouvelle classe d'exoplanètes
Avec l'objet de transit planétaire OGLE-TR-56 [3] précédemment trouvé, les deux nouveaux objets OGLE définissent une nouvelle classe d'exoplanètes, toujours non détectées par les relevés de vitesse radiale actuels: les planètes avec des périodes extrêmement courtes et des orbites correspondantes de petite taille. La distribution des périodes orbitales des «Jupiters chauds» détectés à partir des levés de vitesse radiale semble chuter en dessous de 3 jours, et aucune planète n'avait auparavant été trouvée avec une période orbitale inférieure à environ 2,5 jours.
L'existence des trois planètes OGLE montre maintenant qu'il existe des «Jupiters très chauds», même s'ils peuvent être assez rares; probablement un objet de ce type pour 2 500 à 7 000 étoiles. Les astronomes sont vraiment perplexes sur la façon dont les objets planétaires parviennent à se retrouver dans de si petites orbites, si près de leurs étoiles centrales.
Contrairement à la méthode de la vitesse radiale qui est responsable de la grande majorité des détections de planète autour des étoiles normales, la combinaison des observations de transit et de vitesse radiale permet de déterminer la vraie masse, le rayon et donc la densité moyenne de ces planètes.
De grandes attentes
Les deux nouveaux objets doublent le nombre d'exoplanètes de masse et de rayon connus (les trois objets OGLE plus HD209458b, qui ont été détectés par les levés de vitesse radiale mais pour lesquels un transit photométrique a été observé plus tard). Les nouvelles informations sur les masses et les rayons exacts sont essentielles pour comprendre la physique interne de ces planètes.
La complémentarité des techniques de transit et de vitesse radiale ouvre désormais la porte à une étude détaillée des véritables caractéristiques des exoplanètes. Les recherches spatiales des transits planétaires - comme les missions COROT et KEPLER - ainsi que les observations de suivi de la vitesse radiale au sol conduiront à l'avenir à la caractérisation d'autres mondes aussi petits que notre Terre.
Source d'origine: communiqué de presse de l'ESO
