Communiqué de presse

Une première planète découverte autour d'un jumeau solaire dans un amas d'étoiles

Six années de recherche au moyen de HARPS ont abouti à la découverte de trois nouvelles planètes dans l'amas Messier 67

15 janvier 2014

Des astronomes ont utilisé l'instrument HARPS de l'ESO au Chili, spécialisé dans la chasse aux exoplanètes, ainsi que d'autres télescopes répartis sur la surface de la Terre, et ont découvert trois planètes en orbite autour d'étoiles de l'amas Messier 67. L'existence de plus d'un millier de planètes extérieures au Système Solaire a été confirmée à ce jour ; toutefois, une poignée d'entre elles seulement a été découverte au sein d'amas d'étoiles. Et, fait remarquable, l'une de ces nouvelles exoplanètes orbite autour d'un jumeau solaire – une étoile quasiment identique au Soleil.

Nous savons aujourd'hui que les planètes en orbite autour d'étoiles extérieures à notre Système Solaire sont nombreuses. Ces exoplanètes sont en rotation autour d'étoiles d'âges et de compositions chimiques très variés, disséminées sur la voûte céleste toute entière. A ce jour toutefois, très peu de planètes ont été découvertes au sein d'amas d'étoiles [1]. Cela est d'autant plus étonnant que la plupart des étoiles sont nées à l'intérieur de tels amas. Au vu de cette rareté, les astronomes se sont demandés si le processus de formation planétaire dans les amas d'étoiles se déroulait différemment.

Anna Brucalassi (Institut Max Planck dédié à la Physique Extraterrestre, Garching, Allemagne), principale auteur de cette nouvelle étude, et son équipe, ont souhaité approfondir le sujet. « Les étoiles de l'amas Messier 67 sont toutes d'âge et de composition semblables à ceux du Soleil. Cet amas constitue donc un parfait laboratoire d'étude du processus de formation planétaire dans un environnement surpeuplé : combien de planètes sont-elles susceptibles de s'y former ? Se forment-elles principalement à proximité d'étoiles très massives ou d'étoiles moins massives ? »

L'équipe a utilisé un chasseur d'exoplanètes, l'instrument HARPS qui équipe le télescope de 3,6 mètres de l'ESO à l'Observatoire de La Silla. Les résultats obtenus ont été complétés des observations effectuées au moyen d'autres observatoires disséminés sur Terre [2]. L'équipe a soigneusement sélectionné et suivi, sur une période de six ans, 88 étoiles de l'amas Messier 67 [3], afin de repérer, le long de la ligne de visée, les très faibles mouvements d'étoiles qui révéleraient la présence de planètes en orbite.

Cet amas se situe à environ 2500 années lumière de la Terre dans la constellation du Cancer (Le Crabe) et contient quelques 500 étoiles. Les étoiles d'amas sont pour la plupart moins brillantes que celles habituellement observées par les chasseurs d'exoplanètes. Pour tenter de détecter le faible signal induit par la possible présence de planètes, HARPS a donc flirté avec sa limite.

Trois planètes ont été découvertes : deux d'entre elles orbitent autour d'étoiles semblables au Soleil ; la troisième est en rotation autour d'une géante rouge bien plus massive et évoluée. Les deux premières planètes sont dotées d'une masse voisine du tiers de celle de Jupiter et tournent autour de leurs étoiles hôtes en sept et cinq jours respectivement. La troisième planète, plus massive que Jupiter [4], met quant à elle plus de 122 jours à faire le tour de son étoile hôte.

La première de ces planètes s'est avérée être en orbite autour d'une étoile pour le moins remarquable – l'un des jumeaux solaires les plus semblables au Soleil identifié à ce jour (eso1337) [5]. Il s'agit, de plus, du tout premier jumeau solaire doté d'une planète découvert au sein d'un amas.

Deux des trois planètes sont des "Jupiter chauds", à savoir des planètes de taille comparable à celle de Jupiter mais de température beaucoup plus élevée parce qu'elles se situent à bien plus grande proximité de leurs étoiles hôtes. Les trois planètes sont d'ailleurs trop proches de leurs soleils respectifs pour occuper la zone habitable à l'intérieur de laquelle l'eau pourrait exister sous forme liquide.

« Ces nouveaux résultats démontrent que l'existence de planètes dans les amas d'étoiles ouverts est sans doute tout aussi banale et courante qu'autour d'étoiles isolées – simplement, elles sont plus difficiles à détecter » ajoute Luca Pasquini (ESO, Garching, Allemagne), co-auteur du nouvel article [6]. « Les nouveaux résultats entrent en contradiction avec des études antérieures qui échouaient à détecter l'existence de planètes au sein d'amas, mais viennent conforter de plus récentes observations. Nous continuons d'observer cet amas afin de déterminer les différences de masse et de composition chimique qui distinguent les étoiles dotées de planètes de celles qui en sont dépourvues ».

Notes

[1] Les amas d'étoiles se distribuent en deux types principaux. Les amas ouverts sont des ensembles d'étoiles qui se sont formées simultanément à partir d'un même nuage de gaz et de poussière dans un passé récent. Ils se situent pour la plupart le long des bras spiraux de galaxies telle que la Voie Lactée. Par ailleurs, les amas globulaires sont de volumineux ensembles sphériques d'étoiles bien plus âgées qui orbitent autour du centre d'une galaxie. A ce jour, et en dépit de recherches poussées, aucune planète n'a été détectée au sein d'un amas globulaire, et moins de six d'entre elles dans des amas ouverts. Ces deux dernières années, des exoplanètes ont également été découvertes dans les amas NGC 6811 et Messier 44, et, plus récemment encore, l'une d'elles a été détectée au sein de l'amas des Hyades, brillant et proche de nous.

[2] Cette étude a également utilisé des observations effectuées au moyen de l'instrument SOPHIE qui équipe l'Observatoire de Haute-Provence en France, du Télescope Suisse d'1,2 mètre Léonhard Euler installé à l'Observatoire de La Silla de l'ESO au Chili, et du Télescope Hobby Eberly installé au Texas, Etats-Unis.

[3] La plupart des amas ouverts se dissipent après quelques dizaines de millions d'années. Toutefois, les amas très riches en étoiles peuvent subsister bien plus longtemps. Messier 67 constitue un exemple d'amas âgé ayant survécu de nombreux millions d'années – il est d'ailleurs l'amas le plus âgé et le mieux étudié de tous les amas de ce type situés à proximité de la Terre.

[4] Les estimations de masse des planètes observées via la méthode des vitesses radiales sont des estimations basses : si l'orbite de la planète est caractérisée par une forte inclinaison, une masse plus élevée peut produire les mêmes effets observés.

[5] Les jumeaux solaires, les analogues solaires et les étoiles de type Soleil sont des catégories d'étoiles plus ou moins semblables au Soleil. Les jumeaux solaires sont les étoiles les plus semblables au Soleil : elles sont caractérisées par des masses, des températures et des abondances chimiques très similaires. Les jumeaux solaires sont très rares mais les autres catégories d'étoiles, dont les similitudes avec le Soleil sont moins évidentes, sont bien plus courantes.

[6] Ce taux de détection de 3 planètes au sein d'un échantillon de 88 étoiles dans l'amas Messier 67 est proche de la fréquence moyenne de planètes détectées autour d'étoiles isolées dans l'espace.

Plus d'informations

Ce travail de recherche a fait l'objet d'un article intitulé « Three planetary companions around M67 stars », par A. Brucalassi et al., à paraître dans la revue Astronomy & Astrophysics.

L'équipe est composée de A. Brucalassi (Institut Max Planck dédié à la Physique Extraterrestre, Garching, Allemagne [MPE]; Observatoire, Munich, Allemagne), L. Pasquini (ESO, Garching, Allemagne), R. Saglia (MPE; Observatoire), M.T. Ruiz (Université du Chili, Santiago, Chili), P. Bonifacio (GEPI, Observatoire de Paris, CNRS, Univ. Paris Diderot, France), L. R. Bedin (INAF – Observatoire Astronomique de Padoue, Padoue, Italie), K. Biazzo (INAF – Observatoire Astronomique de Catane, Catane, Italie), C. Melo (ESO, Santiago, Chili), C. Lovis (Observatoire de Geneve, Suisse) et S. Randich (INAF – Observatoire Astrophysique d'Arcetri, Florence, Italie).

L'ESO est la première organisation intergouvernementale pour l'astronomie en Europe et l'observatoire astronomique le plus productif au monde. L'ESO est soutenu par 15 pays : l'Allemagne, l'Autriche, la Belgique, le Brésil, le Danemark, l'Espagne, la Finlande, la France, l'Italie, les Pays-Bas, le Portugal, la République Tchèque, le Royaume-Uni, la Suède et la Suisse. L'ESO conduit d'ambitieux programmes pour la conception, la construction et la gestion de puissants équipements pour l'astronomie au sol qui permettent aux astronomes de faire d'importantes découvertes scientifiques. L'ESO joue également un rôle de leader dans la promotion et l'organisation de la coopération dans le domaine de la recherche en astronomie. L'ESO gère trois sites d'observation uniques, de classe internationale, au Chili : La Silla,
Paranal et Chajnantor. À Paranal, l'ESO exploite le VLT « Very Large Telescope », l'observatoire astronomique observant dans le visible le plus avancé au monde et deux télescopes dédiés aux grands sondages. VISTA fonctionne dans l'infrarouge. C'est le plus grand télescope pour les grands sondages. Et, le VLT Survey Telescope (VST) est le plus grand télescope conçu exclusivement pour sonder le ciel dans la lumière visible. L'ESO est le partenaire européen d'ALMA, un télescope astronomique révolutionnaire. ALMA est le plus grand projet astronomique en cours de réalisation. L'ESO est actuellement en train de programmer la réalisation d'un télescope européen géant (E-ELT pour European Extremely Large Telescope) de la classe des 39 mètres qui observera dans le visible et le proche infrarouge. L'E-ELT sera « l'œil le plus grand au monde tourné vers le ciel ».

Liens

• L'article scientifique: A&A letter
• Photos du télescope de 3,6 mètres de l'ESO 

Contacts

Anna Brucalassi
Max Planck Institut for Extraterrestrial Physics
Garching, Germany
Tél: +49 89 30000 3022
Courriel: abrucala@mpe.mpg.de

Luca Pasquini
ESO
Garching, Germany
Tél: +49 89 3200 6792
Courriel: lpasquin@eso.org

Richard Hook
ESO Public Information Officer
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Rodrigo Alvarez (contact presse pour la Belgique)
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