Pour la première fois, des astronomes ont repéré une exoplanète dont l’orbite se désintègre autour d’une étoile hôte évoluée ou plus ancienne. Le monde frappé semble destiné à se rapprocher de plus en plus de son étoile mature jusqu’à la collision et l’effacement ultime.
La découverte offre de nouvelles perspectives sur le processus de longue haleine de la désintégration orbitale planétaire en fournissant le premier aperçu d’un système à ce stade avancé de l’évolution.
La mort par étoile est un destin censé attendre de nombreux mondes et pourrait être l’ultime de la Terre adios dans des milliards d’années à mesure que notre Soleil vieillira.
« Nous avons déjà détecté des preuves d’exoplanètes inspirant vers leurs étoiles, mais nous n’avons jamais vu une telle planète autour d’une étoile évoluée », déclare Shreyas Vissapragada, 51 Pegasi b Fellow au Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian et auteur principal d’une nouvelle étude décrivant les résultats. « La théorie prédit que les étoiles évoluées sont très efficaces pour extraire l’énergie des orbites de leurs planètes, et maintenant nous pouvons tester ces théories avec des observations. »
Les conclusions ont été publiées lundi dans Les lettres du journal astrophysique.
L’exoplanète malheureuse est désignée Kepler-1658b. Comme son nom l’indique, les astronomes ont découvert l’exoplanète avec le télescope spatial Kepler, une mission pionnière de chasse aux planètes lancée en 2009. Curieusement, le monde a été le tout premier nouveau candidat exoplanète que Kepler ait jamais observé. Pourtant, il a fallu près d’une décennie pour confirmer l’existence de la planète, date à laquelle l’objet est officiellement entré dans le catalogue de Kepler en tant que 1658e entrée.
Kepler-1658b est un soi-disant Jupiter chaud, le surnom donné aux exoplanètes à égalité avec la masse et la taille de Jupiter, mais sur des orbites extrêmement proches autour de leurs étoiles hôtes. Pour Kepler-1658b, cette distance n’est qu’un huitième de l’espace entre notre Soleil et sa planète en orbite la plus étroite, Mercure. Pour les Jupiters chauds et d’autres planètes comme Kepler-1658b qui sont déjà très proches de leurs étoiles, la désintégration orbitale semble certaine d’aboutir à la destruction.
Mesurer la désintégration orbitale des exoplanètes a mis les chercheurs au défi car le processus est très lent et progressif. Dans le cas de Kepler-1658b, selon la nouvelle étude, sa période orbitale diminue au rythme infime d’environ 131 millisecondes (millièmes de seconde) par an, avec une orbite plus courte indiquant que la planète s’est rapprochée de son étoile.
La détection de ce déclin a nécessité plusieurs années d’observation attentive. La montre a commencé avec Kepler, puis a été récupérée par le télescope Hale de l’observatoire Palomar en Californie du Sud et enfin par le télescope Transiting Exoplanet Survey, ou TESS, qui a été lancé en 2018. Les trois instruments ont capturé les transits, le terme désignant le moment où une exoplanète traverse le visage. de son étoile et provoque une très légère diminution de la luminosité de l’étoile. Au cours des 13 dernières années, l’intervalle entre les transits de Kepler-1658b a légèrement mais régulièrement diminué.
La cause profonde de la désintégration orbitale subie par Kepler-1658b est les marées, le même phénomène responsable de la montée et de la descente quotidiennes des océans de la Terre. Les marées sont générées par des interactions gravitationnelles entre deux corps en orbite, comme entre notre monde et la Lune ou Kepler-1658b et son étoile. Les gravités des corps déforment les formes les unes des autres et, à mesure que les corps réagissent à ces changements, de l’énergie est libérée. En fonction des distances, des tailles et des taux de rotation des corps impliqués, ces interactions de marée peuvent se traduire par des corps qui se repoussent – le cas de la Terre et de la Lune en spirale lente vers l’extérieur – ou vers l’intérieur, comme avec Kepler-1658b vers son étoile.
Il y a encore beaucoup de choses que les chercheurs ne comprennent pas sur ces dynamiques, en particulier dans les scénarios planète-étoile. En conséquence, une étude plus approfondie du système Kepler-1658 devrait s’avérer instructive.
L’étoile a évolué au point de son cycle de vie stellaire où elle a commencé à se développer, tout comme notre Soleil devrait le faire, et est entrée dans ce que les astronomes appellent une phase sous-géante. La structure interne des étoiles évoluées devrait plus facilement conduire à la dissipation de l’énergie des marées provenant des orbites des planètes hébergées par rapport aux étoiles non évoluées comme notre Soleil. Cela accélère le processus de désintégration orbitale, ce qui facilite l’étude à l’échelle humaine.
Les résultats aident en outre à expliquer une bizarrerie intrinsèque à propos de Kepler-1658b, qui semble plus brillant et plus chaud que prévu. Les interactions de marée qui réduisent l’orbite de la planète peuvent également générer de l’énergie supplémentaire au sein de la planète elle-même, selon l’équipe.
Vissapragada signale une situation similaire avec la lune Io de Jupiter, le corps le plus volcanique du système solaire. Le va-et-vient gravitationnel de Jupiter sur Io fait fondre les entrailles de la planète. Cette roche en fusion éclate ensuite sur la célèbre surface infernale de la lune, semblable à une pizza, composée de dépôts sulfureux jaunes et de lave rouge fraîche.
L’empilement d’observations supplémentaires de Kepler-1658b devrait éclairer davantage les interactions avec les corps célestes. Et, avec TESS censé continuer à scruter des milliers d’étoiles proches, Vissapragada et ses collègues s’attendent à ce que le télescope découvre de nombreux autres exemples d’exoplanètes circulant dans les égouts de leurs étoiles hôtes.
« Maintenant que nous avons des preuves de l’inspiration d’une planète autour d’une étoile évoluée, nous pouvons vraiment commencer à affiner nos modèles de physique des marées », déclare Vissapragada. « Le système Kepler-1658 peut servir de laboratoire céleste de cette manière pour les années à venir, et avec un peu de chance, il y aura bientôt beaucoup plus de ces laboratoires. »
Vissapragada, qui a récemment rejoint le Centre d’astrophysique il y a quelques mois et est maintenant encadré par Mercedes López-Morales, attend avec impatience que la science des exoplanètes continue de progresser de façon spectaculaire.
« Shreyas a été un ajout bienvenu à notre équipe travaillant sur la caractérisation de l’évolution des exoplanètes et de leurs atmosphères », déclare López-Morales, astronome au Centre d’astrophysique.
« J’ai hâte de voir ce que nous finirons tous par découvrir ensemble », ajoute Vissapragada.
Plus d’information:
La possible disparition des marées du premier système planétaire de Kepler, Les lettres du journal astrophysique (2022). DOI : 10.3847/2041-8213/aca47e