

Vue d’artiste de l’une des trois exoplanètes découvertes dans l’amas ouvert Messier 67. À ce jour, très peu d’exoplanètes ont été détectées autour d’étoiles appartenant à des amas et il se trouve, en outre, que l’une de ces trois nouvelles présente la particularité d’être en orbite autour d’une étoile pratiquement identique au Soleil : âge voisin, même masse, même température et abondance chimique presque similaire.

© ESO/L. Calçada

Un article publié aujourd’hui par Anna Brucalassi et al. dans Astronomy & Astrophysics annonce la découverte de trois exoplanètes au sein de l’amas ouvert Messier 67 (constellation du Cancer). L’une des trois nouvelles exoplanètes présente la particularité d’être en orbite autour d’une étoile pratiquement identique au Soleil. Ces découvertes ont été faites grâce à des observations effectuées ces six dernières années avec le spectrographe HARPS (High Accuracy Radial velocity Planetary Search) installé sur le télescope de 3,60 m de l’ESO (observatoire de La Silla, Chili) et différents autres instruments répartis sur la Terre.



Avec cette annonce, 1 065 exoplanètes réparties dans 806 systèmes planétaires (dont 176 systèmes avec plusieurs exoplanètes) sont recensées dans l’encyclopédie des planètes extrasolaires. En outre, plusieurs milliers de détections effectuées par le satellite Kepler (NASA) attendent une confirmation : 238 exoplanètes confirmées pour 3 538 détections potentielles.

L’écrasante majorité des exoplanètes découvertes sont en orbite autour d’étoiles d’âges et de compositions chimiques extrêmement variés. Quelques-unes seulement ont été repérées autour d’étoiles appartenant à des amas stellaires, au point que les astronomes se demandaient encore récemment si le processus de formation planétaire pouvait se dérouler différemment dans les amas d’étoiles. Une interrogation qui pouvait sembler plutôt paradoxale puisque pratiquement toutes les étoiles naissent dans des amas plus ou moins importants, puis leur mouvement propre les dispersent avec le temps.

Néanmoins, voulant approfondir la question, Anna Brucalassi (Institut Max Planck pour la physique extraterrestre, Garching, Allemagne), auteure principale de l’article, et son équipe ont choisi d’ausculter l’amas ouvert Messier 67, qui compte près de 500 étoiles et se situe à 2 500 années-lumière de nous. Le choix de Messier 67 s’imposait, précise Anna Brucalassi, car « les étoiles de l’amas sont toutes pratiquement du même âge que le Soleil et elles ont une composition semblable à notre étoile. Cet amas constitue donc un parfait laboratoire d’étude du processus de formation planétaire dans un environnement surpeuplé : combien de planètes sont-elles susceptibles de s’y former ? Se forment-elles principalement à proximité d’étoiles très massives ou d’étoiles moins massives ? » Ces astres étant moins brillants que ceux autour desquels les recherches d’exoplanètes ont généralement été effectuées jusqu’à présent, les conditions d’observation ont été particulièrement délicates, mais les performances du spectrographe HARPS associé au télescope de 3,60 m de l’observatoire de l’ESO à La Silla (Chili) ont permis de relever le défi.

Pendant six années, 88 étoiles de l’amas ont été observées systématiquement avec HARPS et les résultats obtenus ont été complétés par des observations réalisées avec plusieurs autres instruments installés en France (spectrographe SOPHIE, télescope de 1,93 m de l’observatoire de Haute-Provence), aux États-Unis (spectrographe HRS, télescope Hobby Eberly, Texas) et au Chili (spectrographe CORALIE, télescope Léonhard Euler, La Silla). Au final, trois exoplanètes ont pu être détectées pour les 88 étoiles étudiées, ce qui correspond pratiquement à la fréquence moyenne d’exoplanètes découvertes autour d’étoiles isolées dans l’espace et tend donc à réfuter les hypothèses qui faisaient une distinction entre les étoiles isolées et les étoiles d’amas.



La découverte de ces trois exoplanètes a demandé six années de recherches, principalement avec le spectrographe HARPS installé sur le télescope de 3,60 m de l’ESO de l’observatoire de La Silla (Chili) dont on peut admirer sur cette image la coupole luisant sous la Voie lactée.

© ESO/Serge Brunier

Deux de ces trois exoplanètes tournent en 7 et 5 jours autour d’étoiles comparables au Soleil et elles ont une masse égale au tiers de celle de Jupiter. La troisième, 1,5 fois plus massive que Jupiter, orbite en moins de 122 jours autour d’une géante rouge bien plus massive que le Soleil. Il faut préciser que les masses avancées pour ces exoplanètes sont des estimations basses, car avec la méthode utilisée (mesure de la variation de la vitesse radiale) les effets mesurés pourraient également être produits par des planètes de masses plus importantes placées sur des orbites fortement inclinées.

Méthodes de détection

Il existe plusieurs méthodes pour la recherche de planètes hors du Système solaire. La première est liée à la perturbation dynamique de l’étoile par la planète. Quand une planète est en orbite autour d’une étoile, elle exerce sur celle-ci une attraction gravitationnelle qui provoque un mouvement réciproque de l’étoile autour du centre de masse du système. L’étoile décrira une petite orbite elliptique de même période que celle de la planète.

Il y a deux méthodes pour détecter l’oscillation de l’étoile :

– vitesses radiales : on mesure la variation périodique de la vitesse radiale d’une étoile engendrée par la présence d’une planète… Cette technique est efficace pour des planètes massives en orbite rapprochée autour de leur étoile. Des planètes comme la Terre ne peuvent être détectées par la méthode des vitesses radiales.

– astrométrie : on cherche à mesurer le changement de position angulaire d’une étoile due à l’influence d’une planète. Cette méthode est sensible à des planètes massives avec de longues périodes orbitales autour d’étoiles peu massives et proches de nous. L’avantage de cette méthode est qu’elle permet de déterminer la masse et l’inclinaison orbitale de la planète. Puisque les mesures astrométriques sont dégradées par l’atmosphère terrestre, on a besoin de satellites comme Gaia pour recueillir les données depuis l’espace.

Extrait de La recherche des planètes, collection Les petits livres de Gaia, ESA, 2009

En complément de ces trois découvertes, il s’est avéré que l’une des deux exoplanètes les moins massives était en orbite autour d’un jumeau quasiment parfait du Soleil. C’est la première fois que l’on découvre une planète autour d’une étoile aussi semblable à la nôtre : âge voisin, même masse, même température et abondance chimique presque similaire. Voilà de quoi faire fantasmer les amateurs de science-fiction, même si cette exoplanète est bien trop proche de son étoile et bien trop chaude pour circuler à l’intérieur de la « zone d’habitabilité », cette région entourant chaque étoile et au sein de laquelle les conditions permettent théoriquement la présence d’eau sous forme liquide à la surface. Nous n’en sommes donc pas encore à la découverte d’une « Terre » autour d’un jumeau du Soleil !



L’amas Messier 67 se situe à près de 2 500 années-lumière de nous, dans la constellation du Cancer. Dans les ciels exceptionnels, il est possible de le distinguer à l’œil nu à deux degrés à l’ouest d’Acubens, l’étoile principale du Cancer. Les jumelles et les plus petits instruments montrent une belle tache de la taille de la Pleine Lune sans qu’il soit possible d’en apprécier les étoiles individuellement. Dans une bonne lunette de 80 mm ou dans un télescope de 200 mm, avec un grossissement de cent fois, Messier 67 expose plusieurs centaines de ses membres, parmi lesquels vous pourrez admirer nombre d’astres d’une très belle coloration jaune ou orange. Cet amas ouvert est exceptionnellement âgé, entre 3,5 et 4,8 milliards d’années probablement, mais il est encore très compact pour son âge. Il gravite loin au-dessus du plan de la Voie lactée, une position plutôt originale pour ce type d’amas qui favorise son observation et le place dans le groupe de tête des amas stellaires les plus observés par les astronomes pour l’étude de l’évolution stellaire.

© ESO/Digitized Sky Survey 2

Remerciements : Davide De Martin

Pour Lucas Pasquini (ESO, Garching, Allemagne), co-auteur de l’article : « ces nouveaux résultats démontrent que l’existence de planètes dans les amas d’étoiles ouverts est sans doute tout aussi banale et courante qu’autour d’étoiles isolées – simplement, elles sont plus difficiles à détecter. » Il ajoute que : « les nouveaux résultats entrent en contradiction avec des études antérieures qui échouaient à détecter l’existence de planètes au sein d’amas, mais viennent conforter de plus récentes observations. Nous continuons d’observer cet amas afin de déterminer les différences de masse et de composition chimique qui distinguent les étoiles dotées de planètes de celles qui en sont dépourvues. » Ces deux dernières années, des exoplanètes ont été découvertes dans les amas ouverts NGC 6811 et Messier 44, ainsi que dans l’amas des Hyades.

Compléments d’informations

Guillaume Cannat (pour être informé de la parution de chaque nouvel article, suivez-moi sur Twitter, ou sur Facebook ou sur Google+)