Planète Rogue De la Taille de la Terre Découverte dans la Voie Lactée

Notre galaxie regorge peut-être de planètes voyous, gravitationnellement non liées à une étoile. Une équipe internationale de scientifiques, dirigée par des astronomes polonais, a annoncé la découverte de la plus petite planète flottante de la taille de la Terre trouvée à ce jour.

Plus de quatre mille planètes extrasolaires ont été découvertes à ce jour. Bien que de nombreuses exoplanètes connues ne ressemblent pas à celles de notre système solaire, elles ont une chose en commun: elles orbitent toutes autour d’une étoile. Cependant, les théories de la formation et de l’évolution des planètes prédisent l’existence de planètes flottantes (voyous), gravitationnellement indépendantes d’une étoile. En effet, il y a quelques années, des astronomes polonais de l’équipe OGLE de l’Observatoire astronomique de l’Université de Varsovie ont fourni les premières preuves de l’existence de telles planètes dans la Voie Lactée. Écrivant dans Astrophysical Journal Letters, les astronomes d’OGLE ont annoncé la découverte de la plus petite planète voyou trouvée à ce jour.

Les exoplanètes ne peuvent être que rarement observées directement. Habituellement, les astronomes trouvent des planètes en utilisant des observations de la lumière de l’étoile hôte de la planète. Par exemple, si une planète traverse devant le disque de son étoile parente, la luminosité observée de l’étoile diminue périodiquement d’une petite quantité, provoquant ce qu’on appelle des transits. Les astronomes peuvent également mesurer le mouvement de l’étoile causé par la planète.

Les planètes flottantes n’émettent pratiquement aucun rayonnement et — par définition – elles n’orbitent pas autour d’une étoile hôte, elles ne peuvent donc pas être découvertes en utilisant les méthodes traditionnelles de détection astrophysique. Néanmoins, des planètes voyous peuvent être repérées à l’aide d’un phénomène astronomique appelé microlentille gravitationnelle. La microlentille résulte de la théorie de la relativité générale d’Einstein — un objet massif (la lentille) peut plier la lumière d’un objet d’arrière-plan brillant (la source). La gravité de la lentille agit comme une énorme loupe qui plie et magnifie la lumière des étoiles lointaines.

« Si un objet massif (une étoile ou une planète) passe entre un observateur terrestre et une étoile source distante, sa gravité peut dévier et focaliser la lumière de la source. L’observateur mesurera un court éclaircissement de l’étoile source « , explique le Dr Przemek Mroz, chercheur postdoctoral au California Institute of Technology et auteur principal de l’étude. « Les chances d’observer la microlentille sont extrêmement minces car trois objets – source, lentille et observateur — doivent être presque parfaitement alignés. Si nous n’observions qu’une seule étoile source, il faudrait attendre près d’un million d’années pour voir la source microlentifiée « , ajoute-t-il.

C’est pourquoi les relevés modernes à la recherche d’événements de microlentille gravitationnelle surveillent des centaines de millions d’étoiles dans le centre de la Voie Lactée, où les chances de microlentille sont les plus élevées. L’étude OGLE – dirigée par des astronomes de l’Université de Varsovie — réalise l’une de ces expériences. OGLE est l’un des plus grands et des plus longs relevés du ciel, il a commencé ses opérations il y a plus de 28 ans. Actuellement, les astronomes d’OGLE utilisent un 1.Télescope de Varsovie de 3 mètres situé à l’Observatoire de Las Campanas, au Chili. Chaque nuit claire, ils pointent leur télescope vers les régions centrales de la Galaxie et observent des centaines de millions d’étoiles, à la recherche de celles qui changent de luminosité.

La microlentille gravitationnelle ne dépend pas de la luminosité de la lentille, elle permet donc l’étude d’objets faibles ou sombres tels que des planètes. La durée des événements de microlentille dépend de la masse de l’objet de lentille — moins la lentille est massive, plus l’événement de microlentille est court. La plupart des événements observés, qui durent généralement plusieurs jours, sont causés par des étoiles. Les événements de microlentille attribués aux planètes flottantes ont des échelles de temps d’à peine quelques heures. En mesurant la durée d’un événement de microlentille (et la forme de sa courbe de lumière), nous pouvons estimer la masse de l’objet de lentille.

Les scientifiques ont annoncé la découverte de l’événement de microlentille à l’échelle de temps la plus courte jamais trouvé, appelé OGLE-2016-BLG-1928, qui a l’échelle de temps de seulement 42 minutes. « Lorsque nous avons repéré cet événement pour la première fois, il était clair qu’il devait être causé par un objet extrêmement minuscule », explique le Dr Radoslaw Poleski de l’Observatoire astronomique de l’Université de Varsovie, co-auteur de l’étude. En effet, les modèles de l’événement indiquent que la lentille devait être moins massive que la Terre, il s’agissait probablement d’un objet de masse martienne. De plus, l’objectif est probablement une planète voyou. « Si la lentille était en orbite autour d’une étoile, nous détecterions sa présence dans la courbe de lumière de l’événement », ajoute le Dr Poleski. « Nous pouvons exclure que la planète ait une étoile dans environ 8 unités astronomiques (l’unité astronomique est la distance entre la Terre et le Soleil). »

Les astronomes d’OGLE ont fourni la première preuve d’une grande population de planètes voyous dans la Voie lactée il y a quelques années. Cependant, la planète nouvellement détectée est le plus petit monde de voyous jamais trouvé. « Notre découverte démontre que des planètes flottantes de faible masse peuvent être détectées et caractérisées à l’aide de télescopes au sol », explique le professeur Andrzej Udalski, l’IP du projet OGLE.

Les astronomes soupçonnent que les planètes flottantes libres se sont effectivement formées dans des disques protoplanétaires autour des étoiles (en tant que planètes « ordinaires ») et qu’elles ont été éjectées de leurs systèmes planétaires parents après des interactions gravitationnelles avec d’autres corps, par exemple avec d’autres planètes du système. Les théories de la formation des planètes prédisent que les planètes éjectées devraient être généralement plus petites que la Terre. Ainsi, l’étude des planètes flottantes nous permet de comprendre le passé turbulent des jeunes systèmes planétaires, tels que notre système solaire.

La recherche de planètes flottantes est l’un des moteurs scientifiques du télescope spatial romain Nancy Grace, en cours de construction par la NASA. L’observatoire devrait commencer à fonctionner au milieu des années 2020.

En raison de la brièveté de l’événement, des observations supplémentaires recueillies par le Réseau coréen de télescopes à microlentille (KMTNet) ont été nécessaires pour caractériser l’événement. KMTNet exploite un réseau de trois télescopes – au Chili, en Australie et en Afrique du Sud.

Référence: « Un candidat de planète voyous de masse terrestre détecté dans l’événement de microlentille à l’échelle la plus courte » par Przemek Mróz, Radoslaw Poleski, Andrew Gould, Andrzej Udalski, Takahiro Sumi et Michal K. Szymanski, Igor Soszynski, Pawel Pietrukowicz, Szymon Kozlowski, Jan Skowron, Krzysztof Ulaczyk, (Collaboration OGLE), Michael D. Albrow, Sun-Ju Chung, Cheongho Han, Kyu-Ha Hwang, Youn Kil Jung, Hyoun-Woo Kim, Yoon-Hyun Ryu, In-Gu Shin, Yossi Shvartzvald, Jennifer C. Yee, Weicheng Zang, Sang-Mok Cha, Dong-Jin Kim, Seung-Lee Kim, Chung-Uk Lee, Dong-Joo Lee, Yongseok Lee, Byeong-Gon Park, Richard W. Pogge et (Collaboration KMT), 29 octobre 2020, Astrophysical Journal Letters.
DOI:10.3847/2041-8213/abbfad
arXiv:2009.12377

La découverte serait impossible sans des observations à long terme effectuées par l’OGLE sky survey. Le projet est l’un des plus grands et des plus longs relevés du ciel, il a commencé ses opérations il y a plus de 28 ans. L’un des premiers objectifs de l’étude OGLE était de rechercher et d’étudier la matière noire à l’aide de la technique de microlentille gravitationnelle. Les études actuelles couvrent un large éventail de sujets – recherche d’exoplanètes, étude de la structure et de l’évolution de la Voie Lactée et des galaxies voisines, études d’étoiles variables, de quasars, de transitoires et de corps du système solaire.