Une super-Terre en orbite autour de l'étoile de Barnard
Publié par Adrien le 16/11/2018 à 08:00
Source: ESO
L'étoile la plus proche du Soleil abrite une exoplanète dont la masse excède les 3,2 masses terrestres, soit une super-Terre. L'une des plus vastes campagnes d'observation destinée à recueillir les données issues d'un réseau de télescopes terrestres parmi lesquels figure l'instrument HARPS, le chasseur de planètes de l'ESO, a mis au jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du...) l'existence de ce monde (Le mot monde peut désigner :) glacé et peu éclairé. Cette planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour que sa...) nouvellement découverte constitue la seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du...) exoplanète (Une exoplanète, ou planète extrasolaire, est une planète orbitant autour d'une étoile autre que le Soleil. La plupart des exoplanètes découvertes...) la plus proche de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est...). Elle orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.) autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au...) de l'étoile de Barnard (L'étoile de Barnard est une étoile de la constellation d'Ophiuchus, connue pour être l'astre possédant le mouvement propre le plus important relativement au Soleil (10,3" par an). Ce...), qui se déplace rapidement dans le ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.) nocturne.


Une planète a été découverte en orbite autour de l'étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une énorme boule de plasma comme le Soleil, qui est l'étoile la plus proche de la Terre.) de Barnard, distante de quelque 6 années lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm...) de la Terre. Cette nouvelle, qui fait l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être...) d'une publication ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du...) au sein de la revue Nature, est le fruit (En botanique, le fruit est l'organe végétal protégeant la graine. Caractéristique des Angiospermes, il succède à la fleur par...) des campagnes Red Dots et CARMENES axées sur la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par...) de planètes rocheuses voisines, et qui récemment ont permis la découverte d'un nouveau monde (Le Nouveau Monde est un terme désignant le continent américain ainsi que l'Océanie, notamment l'Australie. Il fut utilisé au XVIe siècle à propos de...) autour de notre plus proche voisine, Proxima Centauri (Proxima Centauri est l'étoile la plus proche du système solaire. Elle est aussi appelée Alpha Centauri C ou en français Proxima du Centaure. C'est une naine rouge de magnitude apparente 11, qui comme son nom...).

La planète, labellisée Etoile b de Barnard, constitue désormais la seconde exoplanète connue la plus proche de la Terre (1). Les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) acquises suggèrent d'assimiler cette planète à une super-Terre (Une super-Terre est une planète extrasolaire plus massive que la Terre, mais théoriquement moins massive qu'une géante gazeuse. Le terme de super-Terre est déterminé uniquement par la masse de la planète, et...), dotée d'une masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de gravitation (la masse grave)....) supérieure à 3,2 masses terrestres, et d'une période orbitale (En astronomie, la période orbitale désigne la durée mise par un astre (étoile, planète, astéroïde) pour effectuer une orbite complète. Par exemple, la Terre a une période orbitale de...) voisine de 233 jours. L'Etoile de Barnard, soit l'étoile hôte de cette planète, est une naine rouge (En astronomie, les naines rouges sont les étoiles les moins massives ; en-deçà, ce sont les naines brunes, qui ne sont pas vraiment des étoiles.), en d'autres termes une étoile froide de faible masse, qui n'éclaire que faiblement ce monde nouvellement découvert. En effet, cette planète ne reçoit de son étoile hôte que 2% de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) que la Terre reçoit du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type naine jaune, et composée...).

Sa distance à l'étoile hôte est faible - 0,4 fois la distance séparant la Terre du Soleil. Cette exoplanète se situe pourtant non loin de la ligne des glaces, cette frontière (Une frontière est une ligne imaginaire séparant deux territoires, en particulier deux États souverains. Le rôle que joue une...) à partir de laquelle les composés volatils telle l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) peuvent se condenser en glace (La glace est de l'eau à l'état solide.) solide. Ce monde froid (Le froid est la sensation contraire du chaud, associé aux températures basses.) et obscur pourrait être caractérisé par une température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de...) de surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et...) de -170°C, ce qui la rendrait inhospitalière pour la vie (La vie est le nom donné :) telle que nous la connaissons.

Baptisée en l'honneur de l'astronome (Un astronome est un scientifique spécialisé dans l'étude de l'astronomie.) E. E. Barnard, l'étoile de Barnard est l'étoile simple la plus proche du Soleil. Probablement deux fois plus âgée que notre Soleil, et relativement inactive, elle est animée d'un mouvement apparent supérieur à celui des autres étoiles peuplant le ciel nocturne (2). Les super-Terres sont les planètes les plus communément découvertes autour d'étoiles de faible masse telle l'étoile de Barnard, ce qui accrédite ce candidat planétaire (Un planétaire désigne un ensemble mécanique mobile, figurant le système solaire (le Soleil et ses planètes) en tout ou partie. Généralement les astres...) nouvellement découvert.  En outre, les théories actuelles relatives à la formation planétaire stipulent que la ligne des glaces constitue le site de formation idéal (En mathématiques, un idéal est une structure algébrique définie dans un anneau. Les idéaux généralisent de façon...) de telles planètes.

Les recherches antérieures de planète autour de l'étoile de Barnard s'étaient révélées infructueuses. Cette découverte récente a été permise par l'utilisation combinée de données issues de plusieurs instruments de haute précision installés sur des télescopes du monde entier (3).

“Une analyse particulièrement poussée (En aérodynamique, la poussée est la force exercée par le déplacement de l'air brassé par un moteur, dans le sens inverse de l'avancement.) nous permet de prévoir l'existence de cette planète avec une probabilité (La probabilité (du latin probabilitas) est une évaluation du caractère probable d'un évènement. En mathématiques, l'étude des probabilités est un...) de 99%”, assure Ignasi Ribas (Institut des Etudes Spatiales de Catalogne et Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) des Sciences Spatiales, CSIC, Espagne), responsable de l'équipe scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes scientifiques.). “Toutefois, nous continuerons d'observer cette étoile dotée d'une vitesse (On distingue :) élevée afin d'exclure les possibles - mais improbables - variations naturelles de luminosité (La luminosité désigne la caractéristique de ce qui émet ou réfléchit la lumière.) stellaire (Stellaria est un genre de plantes herbacées annuelles ou vivaces, les stellaires, de la famille des Caryophyllaceae. Il comprend près de 90 espèces...) d'origine autre que planétaire. ”

Parmi les instruments utilisés figurent les célèbres spectrographes HARPS et UVES de l'ESO, dédiés à la recherche d'exoplanètes. “HARPS a joué un rôle essentiel dans ce projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande...). Nous avons combiné les données d'archives acquises par d'autres équipes avec de nouvelles mesures de l'étoile de Barnard effectuées au moyen d'installations différentes”, précise Guilhem Anglada Escudé (Université Queen Mary (Le RMS Queen Mary, surnommé le "Old-Lady" est un paquebot transatlantique britannique de la Cunard Line.) de Londres), co-responsable scientifique de l'équipe à l'origine de ce résultat (4).”L'utilisation combinée de ces différents instruments fut déterminante, permettant de recouper nos résultats.” 

Les astronomes ont utilisé l'effet Doppler pour détecter le candidat exoplanète. En orbitant autour de son étoile hôte, la planète exerce une attraction gravitationnelle qui se traduit par l'oscillation (Une oscillation est un mouvement ou une fluctuation périodique. Les oscillations sont soit à amplitude constante soit amorties. Elles répondent aux mêmes équations quel que soit le domaine.) de l'étoile. Lorsque l'étoile s'éloigne de la Terre, son spectre se décale vers le rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) - en d'autres termes, vers de plus grandes longueurs d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle...). A l'inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement, est un élément y tel que x·y = y·x = 1, si 1 désigne...), lorsque l'étoile se rapproche de la Terre, la lumière qu'elle émet se décale vers des longueurs d'onde plus courtes - vers le bleu (Bleu (de l'ancien haut-allemand « blao » = brillant) est une des trois couleurs primaires. Sa longueur d'onde est comprise approximativement entre 446 et 520 nm. Elle varie en luminosité du cyan à une teinte plus sombre comme le bleu...) en l'occurrence.   

Les astronomes utilisent cet effet pour déterminer, avec une extrême précision, les variations de vitesse de l'étoile générées par la présence d'une exoplanète. En effet, l'instrument HARPS est capable de détecter des variations de vitesse stellaire de l'ordre de 3,5 km/h - ce qui correspond à la vitesse de marche (La marche (le pléonasme marche à pied est également souvent utilisé) est un mode de locomotion naturel. Il consiste en un déplacement en appui alternatif sur les jambes, en position debout et en ayant toujours au moins un...). Cette méthode de recherche des exoplanètes est connue sous l'appellation de méthode des vitesses radiales. Jusqu'à présent, elle n'avait jamais été utilisée pour détecter une exoplanète de type super-Terre située à si grande distance de son étoile hôte.

“Nous avons utilisé les données d'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la très grande...) issues de sept instruments différents acquises sur une période de 20 ans, ce qui constitue l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une...) de données le plus vaste et le plus complet utilisé à ce jour dans le cadre d'études de vitesses radiales” précise Ignasi Ribas. “La combinaison (Une combinaison peut être :) de l'ensemble des données représente un total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un total est le résultat d'une addition, c'est-à-dire une somme....) de 771 mesures - ce qui constitue un vaste ensemble d'informations !” 

“Cette découverte constitue le fruit d'un travail collectif et acharné”, conclut Guilhem Anglada-Escudé. “Elle résulte d'une vaste collaboration dans le cadre du projet Red Dots, qui regroupe les contributions d'équipes du monde entier. Des observations de suivi sont déjà effectives depuis différents observatoires à travers le monde.” 

Notes

(1) Les seules étoiles situées à plus grande proximité du Soleil composent le système stellaire triple baptisé Alpha Centauri (Alpha Centauri ou Alpha du Centaure ou Rigil Kentaurus est un système de trois étoiles très proches : Alpha Centauri A et Alpha Centauri B sont les deux étoiles principales qui forment une étoile double, et Proxima Centauri...). En 2016, des astronomes utilisant les télescopes de l'ESO et d'autres installations, ont découvert les preuves de l'existence d'une planète en orbite autour de l'étoile la plus proche de la Terre au sein de ce système, Proxima Centauri. Cette planète se situe à quelque 4 années lumière de la Terre. Elle fut découverte par une équipe pilotée par Guillem Anglada Escudé.

(2) La vitesse totale de l'étoile de Barnard relativement au Soleil est voisine de 500 000 km/h. En dépit de ce rythme effréné, elle n'est pas l'étoile la plus rapide connue. La vitesse à laquelle cette étoile semble se déplacer sur le fond de ciel nocturne, vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) depuis la Terre, soit son mouvement apparent, est particulièrement remarquable en revanche. L'Etoile de Barnard parcourt une distance équivalant au diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère. Le diamètre est aussi la longueur de ce segment. Pour indiquer qu'une valeur...) de la Lune (La Lune est l'unique satellite naturel de la Terre et le cinquième plus grand satellite du système solaire avec un diamètre de 3 474 km. La distance moyenne séparant la...) en l'espace de 180 ans - cela peu sembler peu, mais c'est de loin le mouvement apparent le plus rapide caractérisant toutes les étoiles connues. 

(3) Les instruments utilisés dans le cadre de cette étude sont: HARPS installé sur le télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir »), est un instrument d'optique permettant d'augmenter la...) de 3,6 metres de l'ESO; UVES sur le VLT de l'ESO; HARPS-N sur le Télescope National Galileo (Galileo est le nom du futur système de positionnement par satellites européen, en test depuis 2004, qui commencera à être utilisable en 2010 et le sera pleinement...); HIRES sur le télescope Keck de 10 mètres; PFS sur le télescope Magellan de 6,5 mètres de Carnegie; APF sur le télescope de 2,.4 mètres de l'Observatoire Lick ; et CARMENES à l'Observatoire Calar Alto. En outre, des observations ont été effectuées au moyen du télescope de 90 cm installé à l'Observatoire Sierra Nevada, du télescope robotique de 40 cm de l'Observatoire SPACEOBS, et du Telescope Joan Oró de 80 cm de l'Observatoire Astronomique (Un observatoire astronomique est un lieu destiné à l'observation astronomique. Les laboratoires modernes sont largement dotés d'instruments scientifiques; d'abord mécaniques (quadrant, astrolabe, etc.) puis optiques (lunette,...) Montsec (OadM).

(4) L'histoire de cette découverte fera l'objet d'une narration détaillée au sein de l'ESO Blog (Un blog ou blogue est un site Web constitué par la réunion de billets agglomérés au fil du temps et souvent classés par ordre antéchronologique (les plus récents...) publié cette semaine.
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