Des astronomes découvrent une nouvelle planète dans la constellation de la Grande Ourse

Des astronomes de l’Université Nicolas Copernic de Torun ont découvert une nouvelle planète dans la constellation de la Grande Ourse. Sa masse est 11 fois supérieure à celle de Jupiter, elle tourne autour de son étoile en 14 ans et sa température ne dépasse pas -100 degrés Celsius.

Les scientifiques décrit la découverte cosmique dans le journal Astronomie et astrophysique.

Une étoile discrète avec une planète massive

Les astronomes ont affaire à une exoplanète extrêmement massive, dont la masse atteint 11 fois celle de Jupiter, la plus grosse planète de notre système solaire. Elle fait le tour de son étoile mère en 14 ans et se trouve à six unités astronomiques de celle-ci.

« Nous ne pouvons pas voir une planète, mais nous pouvons repérer l’étoile autour de laquelle elle tourne, avec un petit télescope de 10 cm seulement. Les paramètres physiques de l’étoile sont similaires à ceux du Soleil. Les données indiquent qu’elle est 20 pour cent plus massive et deux fois plus grande que le Soleil. Fait intéressant, elle a déjà terminé le stade d’évolution dans lequel se trouve actuellement le Soleil ; elle a derrière elle un arrière-cour de 5 milliards d’années. Nous pouvons donc estimer que c’est également l’âge de l’ensemble du système planétaire », explique le Dr Habil.

Gracjan Maciejewski, professeur à l’Université nationale de la Caroline du Nord et chef du groupe de recherche de l’Institut d’astronomie de l’Université nationale de la Caroline du Nord, explique : « Il est situé sur le côté nord du ciel dans la constellation de la Grande Ourse et porte la désignation HD 118203, car il a été répertorié pour la première fois dans le catalogue stellaire d’Henry Draper sous ce numéro. Le télescope utilisé pour faire les observations pour ce catalogue il y a plus d’un siècle se trouve désormais dans notre observatoire de Piwnice, près de Torun. »

Le télescope Draper

Le télescope Draper est l’un des premiers astrographes au monde, ou enregistreurs photographiques des phénomènes de la sphère céleste. Il a été construit en 1891 en mémoire du physicien spectroscopique américain Henry Draper, décédé prématurément, avec qui sa femme Anna Maria a soutenu l’ambitieux programme de l’observatoire de Harvard, dirigé par Edward C. Pickering, visant à développer un catalogue de luminosités photographiques et photovisuelles des étoiles et leur classification spectrale.

Plus de 60 000 images photométriques et spectrales du ciel ont été prises avec ce télescope à Cambridge, et il a tellement contribué à l’intention de Pickering que l’inventaire compilé contenant près d’un quart de million d’étoiles a été appelé le catalogue Henry Draper. Les désignations d’étoiles « HD » sont encore utilisées aujourd’hui et sont familières à tous les astronomes du monde entier.

Comment l’astrographe de Draper est-il arrivé à Piwnice ? À l’automne 1947, la construction du premier pavillon d’observation de l’observatoire astronomique de la NCU, doté d’un dôme rotatif de cinq mètres de diamètre, a commencé. Deux ans plus tard, un astrographe envoyé de Cambridge s’y est installé et, après les adaptations nécessaires, a commencé son travail d’observation régulier.

Aujourd’hui, ce monument intéressant, unique au monde, est devenu une attraction pour les visiteurs de l’Institut d’astronomie de l’Université nationale de Pologne à Piwnice.

La patience est payante

Depuis près de 20 ans, les astronomes savent que l’étoile HD 118203 orbite autour d’une planète assez massive. En 2006, la première géante gazeuse a été découverte, avec une masse égale à deux fois celle de Jupiter, orbitant autour de l’étoile sur une orbite serrée en seulement six jours.

« Les observations Doppler ont cependant montré que l’histoire ne s’arrêtait pas là, qu’il pourrait y avoir une autre planète. C’est pourquoi nous avons immédiatement inclus ce système dans nos programmes d’observation », explique le professeur Andrzej Niedzielski, co-auteur de la découverte.

« Dans un premier temps, dans le cadre du programme de recherche sur les exoplanètes Torun-Pennsylvanie, mené en collaboration avec le professeur Aleksander Wolszczan, nous avons suivi l’objet avec l’un des plus grands instruments optiques sur Terre, le télescope Hobby-Eberly de neuf mètres au Texas. »

Les résultats furent si prometteurs que les Toruniens, avec des collaborateurs espagnols, poursuivirent les observations de l’étoile aux îles Canaries, en utilisant le télescope italien Galileo. Cet observatoire était équipé de la meilleure instrumentation conçue pour découvrir des planètes.

« Cependant, huit années de recherche n’ont pas permis de déterminer de quel type d’objet il s’agit », ajoute le professeur Niedzielski.

Il a fallu attendre sept années supplémentaires pour que les astronomes de Torun obtiennent la preuve irréfutable qu’ils avaient affaire à une planète.

« La patience est récompensée », déclare le professeur Maciejewski. « Les nouvelles observations recueillies en mars 2023 se sont révélées cruciales pour déterminer les paramètres orbitaux de la planète. De plus, comme il faut plusieurs années à une planète pour faire le tour de son étoile, nous avons pu combiner nos observations Doppler avec les mesures astrométriques disponibles pour déterminer sans ambiguïté sa masse. Cela nous a permis de construire un modèle complet de ce système planétaire et d’étudier son comportement dynamique. »

Mais avant cela, il fallait s’assurer qu’aucune autre planète ne se cachait dans le système. C’est Julia Sierzputowska, étudiante en astronomie, qui s’est chargée de cette tâche.

« J’ai analysé les observations photométriques obtenues avec le télescope spatial Transiting Exoplanet Survey Satellite, montrant qu’il n’y avait pas d’autres planètes autour de HD 118203 plus grandes que deux fois la taille de la Terre, et donc pas assez massives pour être pertinentes pour l’étude de la dynamique du système », explique Julia Sierzputowska.

Tandem planétaire

Il s’est avéré que les astronomes avaient découvert un système planétaire hiérarchique.

« Il s’agit d’une configuration particulière dans laquelle une planète forme une paire étroite avec son étoile, et une deuxième planète orbite autour de la paire sur une orbite suffisamment large pour, en quelque sorte, former une autre paire avec la première », explique le professeur Krzysztof Goździewski, qui a mené des études numériques détaillées de la dynamique du système.

Les deux planètes sont massives et gravitent sur des orbites plutôt allongées. Malgré cela, leur influence gravitationnelle mutuelle ne déstabilise pas le système à l’échelle de millions d’années.

« Nous avons montré que cela est dû à des effets découlant de la théorie générale de la relativité. Sans ces effets, les planètes se comporteraient comme des ressorts nerveux, changeant constamment la forme de leurs orbites et leur orientation dans l’espace », ajoute le professeur Goździewski.

Réponses cosmiques

Les astronomes admettent que la connaissance de la formation et de l’évolution des systèmes planétaires cache encore de nombreuses inconnues fondamentales. Des systèmes hiérarchiques comme HD 118203, dont on ne connaît qu’une douzaine d’exemplaires, permettent de sonder les hypothèses sur la formation des planètes massives.

« Il est intéressant de se demander comment évoluent ces configurations planétaires », explique le professeur Maciejewski. « Bien que de notre point de vue – celui des habitants du système solaire – elles soient plutôt « exotiques », il semble important d’en savoir plus sur les systèmes dotés de planètes gazeuses massives afin de mieux connaître notre « arrière-cour astronomique » la plus proche. »

« Notre travail ne s’arrête pas là. Nous continuons à observer et à analyser les données. Il y a encore des chances de faire d’autres découvertes planétaires », déclare le professeur Niedzielski. « C’est une grande satisfaction de pouvoir impliquer des étudiants et des doctorants dans cette recherche intéressante et importante. »