eso1706fr — Communiqué de presse scientifique

La naine ultrafroide et les sept planètes

Des exoterres tempérées découvertes au sein d’un système planétaire d’une extraordinaire richesse

Des astronomes ont découvert un système composé de sept planètes dont la taille avoisine celle de la Terre et distant de 40 années-lumière seulement. Ces planètes ont toutes été détectées lors de leur passage devant leur étoile hôte, une naine ultrafroide cataloguée TRAPPIST-1, au moyen de télescopes au sol et dans l’espace, parmi lesquels figure le Very Large Telescope de l’ESO. Un article à paraître ce jour au sein de la revue Nature précise que trois de ces planètes occupent la zone d’habitabilité et sont susceptibles d’être couvertes d’océans d’eau liquide, augmentant ainsi la probabilité que ce système abrite la vie. Ce système se distingue au travers du très grand nombre d’exoterres qu’il renferme, ainsi que du nombre d’exoterres potentiellement recouvertes d’eau liquide.

Des astronomes utilisant le télescope TRAPPIST–Sud installé à l’Observatoire de La Silla de l’ESO, le Very Large Telescope (VLT) situé à Paranal, le Télescope Spatial Spitzer de la NASA ainsi que d’autres télescopes disséminés dans le monde entier [1], viennent de confirmer l’existence d’au moins sept planètes de petite taille en orbite autour de la naine rouge et froide cataloguée TRAPPIST-1 [2]. L’ensemble des planètes, labellisées TRAPPIST-1b, c, d, e, f, g et h en fonction de la distance croissante à leur étoile hôte, présente des dimensions semblables à celles de la Terre [3].

L’observation des variations de luminosité stellaire générées par le passage de chacune des sept planètes devant leur étoile hôte – des événements baptisés transits – a procuré aux astronomes des informations relatives à leurs tailles, à leurs compositions ainsi qu’à leurs orbites respectives [4]. Il est ainsi apparu qu’au moins six des planètes intérieures sont semblables à la Terre, en termes de taille et de température.

Michael Gillon de l’Institut STAR à l’Université de Liège en Belgique et auteur principal de l’article, se réjouit de cette découverte : “Ce système planétaire est tout à fait surprenant – non seulement parce qu’il abrite un si grand nombre de planètes, mais également parce qu’elles sont toutes étonnamment semblables à notre Terre !”

Dotée d’une masse de 0,08 masse solaire seulement, TRAPPIST-1 est très petite à l’échelle stellaire – à peine plus grosse que la planète Jupiter. Bien que située à relative proximité de la Terre, au sein de la constellation du Verseau, elle paraît très peu brillante. Les astronomes suspectaient la possible présence de nombreuses exoterres à proximité directe de telles étoiles naines, ce qui leur a valu d’être élevées au rang de cibles prometteuses pour la recherche de vie extraterrestre. Toutefois, TRAPPIST-1 est à ce jour le seul et unique système de ce type à avoir fait l’objet d’une détection.

Amaury Triaud, co-auteur de l’étude, de préciser : “Le rayonnement issu d’étoiles naines telle TRAPPIST-1 est bien plus faible que celui émis par notre Soleil. La présence d’eau en surface suppose donc que les planètes se situent à plus grande proximité de leur étoile hôte que les planètes de notre Système Solaire. Par chance, il semble que ce type de configuration compacte existe autour de TRAPPIST-1 !”

L’équipe a par ailleurs établi que toutes les planètes de ce système sont semblables en terme de taille à la Terre ainsi qu’à Vénus, voire sensiblement plus petites. Les mesures de densité invitent à penser que les six planètes les plus proches de leur étoile hôte sont de composition rocheuse.

En outre, les orbites planétaires sont semblables à celles des satellites joviens – bien inférieures donc à l’orbite de Mercure autour de notre Soleil. Les dimensions restreintes de TRAPPIST-1, sa faible température de surface également, se trouvent compensées par la proximité de ses planètes intérieures : TRAPPIST-1c, d et f reçoivent autant d’énergie en effet que Vénus, la Terre et Mars respectivement.

Chacune des sept planètes détectées au sein de ce système est susceptible d’abriter de l’eau liquide en surface. Leurs distances orbitales respectives permettent toutefois de hiérarchiser les probabilités. Les modèles climatiques suggèrent ainsi que les planètes les plus proches de leur étoile hôte, à savoir TRAPPIST-1b, c et d, sont probablement trop chaudes pour être totalement couvertes d’eau liquide. A l’inverse, TRAPPIST-1h se situe certainement à trop grande distance de TRAPPIST-1 pour que de l’eau liquide existe en surface – à moins que des processus de réchauffement alternatifs n’y surviennent [5]. Parce qu’elles se situent au cœur même de la zone d’habitabilité et sont susceptibles d’abriter des océans, TRAPPIST-1e, f et g constituent, pour les chasseurs d’exoplanètes, des candidates rêvées [6].

Ces nouvelles découvertes font de TRAPPIST-1 une cible privilégiée pour des études ultérieures. Le Télescope Spatial Hubble du consortium NASA/ESA est d’ores et déjà en quête d’informations sur l’existence ou non d’atmosphère autour de ces planètes. Emmanuel Jehin, l’un des membres de l’équipe, est très enthousiaste : “La prochaine génération de télescopes, tels le Télescope géant Européen (E-ELT pour European Extremely Large Telescope) de l’ESO et le Télescope Spatial James Webb du consortium NASA/ESA/CSA, seront bientôt en mesure de détecter de l’eau et peut-être des traces de vie sur ces autres mondes.”

Notes

[1] Outre le Télescope Spatial Spitzer de la NASA, l’équipe a utilisé de nombreux instruments au sol : TRAPPIST–Sud installé à l’Observatoire de La Silla de l’ESO au Chili, HAWK-I qui équipe le Very Large Telescope de l’ESO au Chili, TRAPPIST–Nord au Maroc, le télescope UKIRT de 3,8 mètres à Hawaï, les télescopes Liverpool de 2 mètres et William Herschel de 4 mètres implantés à La Palma dans les Iles Canaries, et le télescope SAAO de 1 mètre en Afrique du Sud.

[2] TRAPPIST-Sud (le petit télescope dédié aux transits des planètes et des planétésimaux situé dans l’hémisphère sud) est un télescope robotique belge de 0,6 mètre de diamètre installé à l’Observatoire de La Silla de l’ESO au Chili et piloté depuis l’Université de Liège. Sa mission consiste principalement à observer le rayonnement en provenance de 60 des naines ultrafroides et des naines brunes – des étoiles dont la masse est trop faible pour que des réactions nucléaires se produisent en leurs cœurs – les plus proches de la Terre, afin de détecter la survenue de transits planétaires. TRAPPIST-Sud et son jumeau TRAPPIST-Nord sont les précurseurs du système SPECULOOS en cours d’installation à l’Observatoire Paranal de l’ESO.

[3] Début 2016, une équipe d’astronomes, également menée par Michael Gillon, annonçait la découverte de trois planètes en orbite autour de TRAPPIST-1. La survenue d’un triple transit – observé au moyen de l’instrument HAWK-1 qui équipe le VLT – les a conduit à intensifier leurs observations de suivi du système. Ce transit démontrait l’existence d’au moins une autre planète autour de l’étoile. Et la courbe de lumière attestait pour la première fois des transits simultanés de trois exoterres tempérées, dont deux situées au sein de la zone habitable.

[4] La méthode des transits est l’une des plus utilisées par les astronomes pour déterminer la présence d’une planète autour d’une étoile. L’observation de la lumière en provenance de l’étoile permet de déceler les éventuelles variations de luminosité qu’engendre le passage d’une planète devant son étoile et le long de la ligne de visée – un phénomène baptisé transit. Lorsqu’une planète décrit une orbite autour de son étoile, elle passe régulièrement devant son étoile hôte, ce qui se traduit par de faibles variations de la luminosité stellaire.

[5] Parmi ces processus figure l’effet de marée généré par l’attraction gravitationnelle de TRAPPIST-1, et qui se traduit par des déformations répétées de la planète, l’apparition de forces de frottement internes et donc le dégagement de chaleur. Ce processus est à l’origine du volcanisme actif sur Io, l’un des satellites de Jupiter. Dans l’éventualité où TRAPPIST-1h aurait conservé une atmosphère primitive riche en hydrogène, son refroidissement pourrait s’effectuer à un rythme très lent.

[6] Cette découverte met au jour le plus vaste échantillon d’exoplanètes orbitant en proche résonance les unes avec les autres. Les astronomes ont précisément mesuré le temps nécessaire à chaque planète du système pour parcourir une orbite complète autour de TRAPPIST-1 – soit leurs périodes de révolution – et en ont déduit le rapport entre la période de chaque planète et celle de la planète voisine plus distante. Les six planètes les plus proches de TRAPPIST-1 présentent des rapports voisins de simples ratios, tel 5:3 ou 3:2. Cela signifie que les planètes se sont vraisemblablement formées simultanément, loin de leur étoile, puis qu’elles se sont déplacées vers l’intérieur du système jusqu’à adopter leur configuration actuelle. Si cette hypothèse se vérifiait, cela signifierait qu’elles sont de faible densité et riches en éléments volatiles et, par voie de conséquence, dotées d’une surface gelée et/ou d’une atmosphère.

Plus d'informations

Ce travail de recherche a fait l’objet d’un article intitulé “Seven temperate terrestrial planets around the nearby ultracool dwarf star TRAPPIST-1”, par M. Gillon et al.,à paraître au sein de la revue Nature.

L’équipe est composée de M. Gillon (Université de Liège, Liège, Belgique), A. H. M. J. Triaud (Institut d’Astronomie, Cambridge, Royaume-Uni), B.-O. Demory (Université de Bern, Bern, Suisse; Laboratoire Cavendish, Cambridge, Royaume-Uni), E. Jehin (Université de Liège, Liège, Belgique), E. Agol (Université de Washington, Seattle, Etats-Unis; Institut d’Astrobiologie de la NASA, Laboratoire de Planétologie Virtuelle, Seattle, Etats-Unis), K. M. Deck (Institut de Technologie de Californie, Pasadena, CA, Etats-Unis), S. M. Lederer (Centre Spatial Johnson de la NASA, Houston, Etats-Unis), J. de Wit (Institut de Technologie du Massachusetts, Cambridge, MA, Etats-Unis), A. Burdanov (Université de Liège, Liège, Belgique), J. G. Ingalls (Institut de Technologie de Californie, Pasadena, Californie, Etats-Unis), E. Bolmont (Université de Namur, Namur, Belgique; Laboratoire AIM Paris-Saclay, CEA/DRF - CNRS - Univ. Paris Diderot - IRFU/SAp, Centre de Saclay, France), J. Leconte (Univ. Bordeaux, Pessac, France), S. N. Raymond (Univ. Bordeaux, Pessac, France), F. Selsis (Univ. Bordeaux, Pessac, France), M. Turbet (Sorbonne Universités, Paris, France), K. Barkaoui (Observatoire Oukaimeden, Marrakesh, Maroc), A. Burgasser (Université de Californie, San Diego, Californie, Etats-Unis), M. R. Burleigh (Université de Leicester, Leicester, Royaume-Uni), S. J. Carey (Institut de Technologie de Californie, Pasadena, CA, Etats-Unis), C. M. Copperwheat (Université John Moores de Liverpool, Liverpool, Royaume-Uni), L. Delrez (Université de Liège, Liège, Belgique; Laboratoire Cavendish, Cambridge, Royaume-Uni), C. S. Fernandes (Université de Liège, Liège, Belgique), D. L. Holdsworth (Université de Lancashire, Preston, Royaume-Uni), E. J. Kotze (Observatoire Astronomique d’Afrique du Sud, Cape Town, Afrique du Sud), A. Chaushev (Université de Leicester, Royaume-Uni), V. Van Grootel (Université de Liège, Liège, Belgique), Y. Almleaky (Université du Roi Abdulaziz, Jeddah, Arabie Saoudite; Centre du Roi Abdullah dédié aux Observations du Croissant et à l’Astronomie, Makkah Clock, Arabie Saoudite), Z. Benkhaldoun (Observatoire Oukaimeden, Marrakesh, Maroc), P. Magain (Université de Liège, Liège, Belgique), et D. Queloz (Laboratoire Cavendish, Cambridge, Royaume-Uni; Département d’Astronomie, Université de Genève, Suisse).

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Ce texte est une traduction du communiqué de presse de l'ESO eso1706.