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Des étoiles qui résonnent nous aident à sonder les planètes lointaines

Des chercheurs se sont servi du satellite TESS de la NASA pour étudier 100 000 géantes rouges et découvrir une planète qui a défié les prévisions théoriques en réussissant à survivre, contre toute attente.

Espace

L’astrosismologie est un domaine émergent qui révolutionne l’astrophysique: elle s’intéresse aux ondes sonores qui se propagent dans les étoiles dans le but d’approfondir nos connaissances sur la galaxie. Dans le cadre du projet PULSATION, des astrosismologues de l’Institut d’astrophysique et des sciences spatiales de l’université de Porto, au Portugal, ont utilisé le satellite TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) de la NASA pour étudier environ 100 000 étoiles. Ils ont détecté une Saturne chaude ainsi qu’une sub-Saturne tempérée, et ont fait de nouvelles découvertes sur d’autres exoplanètes connues, notamment une planète qui n’aurait théoriquement jamais dû subsister. «Les informations présentes dans les oscillations des étoiles permettent de déterminer avec précision des propriétés stellaires fondamentales telles que la masse, le rayon et l’âge d’une étoile», explique Tiago Campante, chercheur de l’institut dont les travaux ont été soutenus par le programme Actions Marie Skłodowska-Curie. Son équipe est en train de constituer un catalogue en ligne répertoriant les planètes et leurs étoiles hôtes, afin d’aider les scientifiques à répondre à certaines des questions les plus importantes concernant l’évolution des étoiles et de leurs systèmes planétaires.

Un bénéfice inattendu de la mission

TESS a été essentiellement conçu pour identifier de nouvelles planètes autour d’étoiles brillantes et proches de nous. Son photomètre collecte en permanence la lumière provenant des étoiles, observant une bande de ciel pendant 27 jours avant de passer à une autre zone. Cette précision est importante car cela a offert une opportunité aux astrosismologues comme Tiago Campante. Les étoiles sont traversées par des ondes sonores produites par des mouvements convectifs à proximité de leur surface, ce qui les fait résonner très légèrement. Cela provoque d’infimes variations dans leur luminosité. «Avec un photomètre suffisamment précis, on peut mesurer ces fluctuations de luminosité et les décomposer pour obtenir les modes d’oscillation naturels d’une étoile», ajoute Tiago Campante. Les chercheurs ont effectué une recherche automatisée de transit sur les courbes de lumière TESS d’environ 100 000 géantes rouges, en portant une attention particulière aux planètes géantes qui mettent moins de 20 jours à accomplir une révolution autour de leur étoile. Leur relevé astronomique à grand champ est le premier à combiner systématiquement astrosismologie et photométrie de transit dans le but de caractériser les exoplanètes.

Un survivant planétaire

Outre la découverte de deux planètes semblables à Saturne, l’étude nous en a également appris davantage sur d’autres planètes qui étaient connues avant le lancement de TESS en 2018. Les chercheurs ont en particulier examiné les évolutions orbitales de l’une d’entre elles, HD 203949 b, après avoir calculé sa masse, sa taille et son âge grâce à l’astrosismologie. Ils ont été surpris de constater que cette planète n’avait pas été engloutie par l’enveloppe de l’étoile, qui s’est probablement étendue au-delà de l’orbite actuelle de la planète au cours de la phase d’évolution de la géante rouge. Dans «The Astrophysical Journal», ils ont émis une hypothèse concernant la façon dont les interactions de marée entre cette planète et son étoile ont pu lui permettre de survivre. Tiago Campante a partagé ses découvertes avec le grand public, notamment lors d’un détachement à Ciência Viva, une agence créée pour promouvoir les sciences et les technologies. Il s’est servi de l’astronomie pour aiguiser l’intérêt des jeunes et des moins jeunes pour les sciences: «Le public était généralement très désireux de savoir comment prendre part à une grande mission spatiale comme TESS!».

Mots‑clés

PULSATION, astrosismologie, Transiting Exoplanet Survey Satellite, TESS, géantes rouges, planètes géantes

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