Titre: Un analogue jovien orbitant autour d’une étoile naine blanche
Auteurs: J. W. Blackman, J. P. Beaulieu, D. P. Bennett, C. Danielski, C. Alard, A. A. Cole, A. Vandorou, C. Ranc, S. K. Terry, A. Bhattacharya, I. Bond, E. Bachelet, D. Veras, N. Koshimoto, V. Batista& J. B. Marquette
Institution du premier auteur: École des Sciences naturelles, Université de Tasmanie, Hobart, Australie
Statut: Publié dans Nature
Vous êtes-vous déjà interrogé sur le sort de la Terre? Les humains n’ont existé que pendant une infime fraction de la vie de la Terre depuis sa formation. Même si nous ne pouvons pas prédire ce qui se passe à la surface de la Terre, la planète dans son ensemble survivra probablement des milliards d’années dans le futur. Le sort de la Terre dépend du sort du Soleil, ce qui nous amène à l’étude de l’évolution stellaire. Au cours de son étape de séquence principale, le Soleil fusionne l’hydrogène en hélium dans son cœur. Lorsque cet hydrogène sera épuisé, le Soleil deviendra une géante rouge. Son noyau se contractera sous la gravité et les couches externes se dilateront au-delà de l’orbite de Mercure. La Terre sera très probablement engloutie par le Soleil dans environ 8 milliards d’années. Finalement, le Soleil perdra ses couches extérieures et le noyau restant sera une naine blanche, mais la Terre aurait disparu depuis longtemps d’ici là. C’est un peu triste de penser que notre planète ne survivra pas au Soleil vieillissant, mais qu’en est-il des autres planètes plus éloignées du système solaire? Qu’en est-il de Jupiter, ou des planètes au-delà?
Comme nous ne pouvons pas avancer rapidement l’évolution du Soleil, nous pouvons rechercher d’autres planètes autour d’autres étoiles qui sont dans les derniers stades de leur vie. S’il y a des exoplanètes en orbite autour d’une géante rouge ou d’une naine blanche, cela nous donnera un aperçu de notre propre avenir.
Comment trouver des planètes avec microlentille
Les trois méthodes les plus populaires pour détecter les exoplanètes sont la vitesse radiale, le transit et l’imagerie directe. Avec les deux premières méthodes, les astronomes recherchent des variations périodiques induites par la planète de la vitesse ou de la luminosité de l’étoile hôte. L’effet est plus perceptible si les planètes sont plus grandes, plus massives et si elles orbitent plus près de l’étoile hôte. La méthode d’imagerie directe fonctionne mieux lorsque la planète est grande et en orbite très loin de l’étoile hôte. Ces biais de détection ne sont pas idéaux lorsque nous voulons trouver des systèmes planétaires comme le nôtre. Pour cette raison, les auteurs de l’article d’aujourd’hui se tournent vers la microlentille gravitationnelle.
La technique de microlentille détecte le grossissement d’une étoile de fond dû à la gravité d’un objet à lentille passant devant elle (voir cette astrobite pour une étude d’exoplanètes avec cette technique). Lorsqu’une étoile (la lentille) passe devant une autre (la source), la lentille gravitationnelle amplifie la lumière de la source. Si l’étoile cristalline a une planète en orbite autour d’elle et que la planète se trouve près de l’anneau d’Einstein de l’étoile, sa gravité provoque un pic supplémentaire de l’intensité mesurée à partir de la source.
Les événements de lentilles sont rares, mais leur occurrence dépend moins des propriétés de la planète, ce qui nous donne une sonde plus impartiale des populations d’exoplanètes. De plus, la technique de lentille est sensible aux planètes semblables à la terre autour d’étoiles froides. C’était la première méthode capable de détecter des planètes de masse semblable à la Terre autour d’étoiles ordinaires de la séquence principale.
Figure 1 : Schéma illustrant la technique de microlentissage. Lorsqu’une étoile (la lentille) passe devant une autre (l’objet), la lentille gravitationnelle stimule la lumière mesurée à partir de l’objet (partie a). Lorsque la lentille est en orbite autour d’une planète et que la planète croise l’anneau d’Einstein de la lentille, son champ gravitationnel augmente encore l’intensité mesurée. Ces boosts supplémentaires peuvent être utilisés pour trouver de nouvelles planètes. Figure de Chambers (2010) et légende de Sukrit Ranjan.
La planète avec un hôte manquant
Les auteurs de l’article d’aujourd’hui ont détecté une planète à l’aide d’une microlentille, mais ils n’ont pas détecté de lumière provenant d’un hôte stellaire de la séquence principale. L’événement de microlentille en question, MOA-2010-BLG-477Lb, a été trouvé par la collaboration Microlenting Observations in Astrophysics en 2010. Les chercheurs ont adapté les modèles à la courbe de lumière à microlentille en supposant que l’étoile hôte est une étoile de la séquence principale et ont constaté que le meilleur ajustement est de 0,15 à 0,93 masses solaires. La solution la mieux adaptée a également une planète entre 0,5 et 2,1 masses de Jupiter. Compte tenu des estimations du mouvement propre de l’étoile de la lentille, l’équipe pourrait prédire où elle se déplacerait par rapport à l’étoile source après l’événement de microlentille. Ils ont utilisé le télescope Keck II pour obtenir des images de suivi, représentées sur la figure 2. Les contours du panneau c indiquent l’emplacement attendu de l’hôte possible de la séquence principale, mais il n’y a pas d’étoile à trouver ! S’il n’y a pas d’étoile de la séquence principale détectée mais que la masse de l’étoile est connue, quel pourrait être l’hôte?
Fig. 2. Panneau a: une image en 2015 de l’événement de microlentissage MOA-2010-BLG-477. Panneau b: une vue zoom avant, l’objet lumineux au centre est l’étoile source d’arrière-plan. La faible émission au nord-est (en haut à gauche) est une étoile sans rapport. Panneau c : le même champ en 2018, où les contours indiquent les positions probables d’un hôte étoile possible de la séquence principale à partir de l’analyse par microlentille, mais aucun hôte de ce type n’est détecté dans l’image. Reproduit de la figure 1 de l’article.
L’hôte ne peut être qu’une naine blanche
L’analyse de la lentille limite la luminosité prévue de l’étoile de la lentille, qui dépend de la distance inconnue de la lentille. Figue. 3 montre que la gamme de lentilles de séquence principale possibles pour l’événement serait toutes plus brillantes que la limite de détection Keck. Comme aucune étoile de ce type n’est observée, la lentille ne peut pas être une étoile de la séquence principale. L’étoile cristalline ne peut pas non plus être une naine brune car le système cristallin a au moins 0,15 masse solaire. De même, la limite de masse supérieure de 0,78 masse solaire exclut les étoiles à neutrons et les trous noirs comme étoiles hôtes. Comme les étoiles de la séquence principale, les naines brunes, les étoiles à neutrons et les trous noirs sont exclus, les auteurs concluent que la lentille doit être une naine blanche.
Qu’est-ce que cela signifie?
Les étoiles de la séquence principale comme notre Soleil évoluent violemment en naines blanches. Notre Terre ne survivra probablement pas à la phase de géante rouge du Soleil, mais des simulations prédisent que des planètes sur des orbites de type Jupiter peuvent survivre. Ce système est le premier analogue de Jupiter observé en orbite autour d’une naine blanche, preuve que les planètes autour des naines blanches peuvent survivre aux phases géantes de l’évolution de leur hôte. Ce système représente une étape finale possible du Soleil et de Jupiter dans notre propre Système solaire.
Astrobite édité par Macy Huston
Crédit d’image en vedette: J. W. Blackman
- À propos de l’Auteur
À propos de Zili Shen
Salut! Je suis doctorant en astronomie à l’Université de Yale. Mes recherches portent sur les galaxies ultra-diffuses et leurs populations d’amas globulaires. Depuis mon arrivée à Yale, j’ai travaillé sur deux galaxies « sans matière noire » NGC1052-DF2 et DF4. J’ai fait face à la pandémie et travaillé à la maison en faisant du pain au levain et en préparant divers biscuits et gâteaux, en lisant des livres allant de la philosophie à la virologie, en faisant des randonnées ou des courses quotidiennes et en regardant trop d’émissions de télévision.