Découverte d'une super-terre en orbite autour du célèbre voisin stellaire du soleil

Vue d’artiste d’une planète candidate gravitant autour de l’étoile de Barnard sous la lumière orange teintée de l’étoile naine rouge. Crédit: IEEC / SCIENCE-WAVE, GUILLEM RAMISA

L’étoile de Barnard fascine les chasseurs d’exoplanètes depuis les années 60, à seulement six années-lumière de la route, en grande partie à cause de son extrême proximité. Il s'agit de l'étoile simple la plus proche du soleil et du deuxième système stellaire le plus proche uniquement du système à trois étoiles Alpha Centauri.

«L’étoile de Barnard fait partie des naines rouges voisines et représente une cible idéale pour rechercher des exoplanètes qui pourraient un jour être atteintes par de futurs vaisseaux spatiaux interstellaires», a déclaré le co-auteur Steven Vogt, professeur émérite d’astronomie et d’astrophysique à l’UC Santa Cruz. Mais la recherche de preuves de l'existence de planètes autour de cette célèbre étoile naine rouge au cours des 50 dernières années a été infructueuse jusqu'à présent.

Lors d’une découverte historique, une équipe internationale d’astronomes dirigée par Ignasi Ribas de l’Institut d’études spatiales de Catalogne (IEEC) et de l’Institut des sciences spatiales (IEEC-CSIC) a découvert une planète candidate tournant autour de l’étoile de Barnard.

Les mesures effectuées à l'aide d'instruments de haute précision, notamment le spectromètre à résolution haute résolution (HIRES) de l'observatoire WM Keck à Hawaii, révèlent que le candidat, nommé étoile b de Barnard (ou GJ 699 b), est une super-terre froide avec un minimum de 3.2 Des masses terrestres gravitent autour de son étoile naine rouge tous les 233 jours. Cela placerait la planète sur la soi-disant ligne de neige de l'étoile, où il est probable que le monde soit gelé.

Les résultats de l’équipe sont en ligne dans le numéro du 14 novembre 2018 de la revue La nature.

En l’absence d’atmosphère, la température de la planète sera probablement d’environ -150 ºC, ce qui fait qu’il est peu probable que la planète puisse supporter de l’eau liquide à sa surface. Cependant, ses caractéristiques en font une excellente cible pour l’imagerie directe utilisant la prochaine génération d’instruments.

Vue de l’artiste sur la surface de la planète candidate gravitant autour de l’étoile de Barnard. Les données d'un éventail mondial de télescopes, y compris l'observatoire Keck à Hawaii, ont révélé ce monde gelé et faiblement éclairé. La super-Terre récemment découverte est la deuxième exoplanète connue de notre planète et tourne autour de l’étoile la plus rapide dans le ciel nocturne de la Terre. Crédit: ESO, M. KORNMESSER

"Cette découverte est un stimulant pour continuer à rechercher des exoplanètes autour de nos voisins stellaires les plus proches, dans l'espoir que nous trouverons un jour les conditions propices à la vie", a déclaré la co-auteure, Cristina Rodríguez-López, chercheuse à l'Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA, CSIC).

L’étoile de Barnard semble se déplacer plus rapidement que toute autre étoile dans le ciel nocturne de la Terre. Plus petit et plus vieux que notre soleil, il fait partie des naines rouges les moins actives connues. "C'est le type d'étoile le plus répandu dans la galaxie – plus de 70% des étoiles de la Voie Lactée ressemblent à cette étoile de nain M faible", a déclaré Vogt. "Bien qu'il soit extrêmement proche, l'étoile de Barnard est trop faible pour être vu à l'œil nu."

MÉTHODOLOGIE

L’équipe de recherche d’exoplanètes de Vogt a commencé à observer l’étoile de Barnard en 1997 à l’aide de l’instrument HIRES de l’observatoire Keck, conçu par Vogt. Ils ont utilisé la méthode de la vitesse radiale pour mesurer le va-et-vient subtil de l’étoile causé par le remorqueur gravitationnel d’une planète en orbite.

Cependant, les signaux détectables d'un vacillement provenant de planètes de la taille de la Terre tirant sur leur étoile hôte sont faibles et largement submergés par le bruit généré par l'activité de surface en ébullition des étoiles elles-mêmes.

«Nous savions que nous devions être patients. Nous avons suivi l’étoile de Barnard pendant 16 longues années à Keck, amassant environ 260 vitesses radiales de l’étoile de Barnard d’ici 2013 », a déclaré Vogt. «Heureusement, notre programme de recherche de planètes Keck de longue date nous a fourni les années nécessaires pour recueillir suffisamment de données de vitesse radiale de précision avec HIRES pour commencer à détecter la présence d'une planète.»

En 2016, le collègue européen de Vogt, Mikko Tuomi, a combiné les données HIRES de l'équipe avec les données accessibles au public des spectromètres UVES et HARPS de l'Observatoire européen austral, et a commencé à laisser entrevoir de légers indices d'une périodicité de 230 jours dans les données de vitesse radiale, indice d'un possible planète de taille.

Cependant, à ce moment-là, le signal était encore trop faible pour que les astronomes puissent l'affirmer comme étant significatif et publier leurs résultats. Redoublant d'efforts, l'équipe de Vogt a ajouté 45 mesures de vitesse radiale supplémentaires à l'aide du télescope automatisé APF (Automated Planet Finder) nouvellement commandé à l'observatoire Lick de l'UC, 39 vitesses du spectrographe PFS (Planet Finder) du télescope Magellan II à Las Campanas Observatoire au Chili, et davantage de données qui ont été mises à la disposition du public par HARPS ces dernières années. Dans chaque cas, les données supplémentaires ont rendu le signal d'environ 230 jours plus puissant et plus significatif.

La poussée finale est venue lorsque l’équipe de Ribas a décidé de lancer une campagne d’observation intensive de 2016 à 2017 visant à confirmer la planète suspectée à l’aide de CARMENES, un nouveau spectrographe de chasseurs de planètes à l’observatoire de Calar Alto en Espagne.

«Les données supplémentaires fournies par CARMENES ont fortement confirmé le signal et éliminé tout doute persistant quant à la réalité de cette planète», a déclaré Vogt.

«Pour l'analyse, nous avons utilisé les observations de sept instruments différents, couvrant une période de 20 ans, ce qui en fait l'un des ensembles de données les plus vastes et les plus complets jamais utilisés pour des études de vitesse radiale précises. La combinaison de toutes les données a conduit à un total de 771 mesures », a déclaré Ribas.

Représentation graphique des distances relatives par rapport aux étoiles les plus proches du soleil. L’étoile de Barnard est la deuxième étoile la plus proche et la plus proche de nous. Crédit: IEEC / SCIENCE-WAVE, GUILLEM RAMISA

Un signal clair à une période de 233 jours est à nouveau apparu lors d'une nouvelle analyse de toutes les mesures combinées. Ce signal implique que l’étoile de Barnard s’approche et s’éloigne de nous à environ 1,2 mètre par seconde – environ la vitesse de déplacement d’une personne – et ce mouvement s’explique mieux par le fait que la planète tourne autour de l’étoile.

«Après une analyse très minutieuse, nous sommes confiants à plus de 99% que la planète est présente, car c’est le modèle qui correspond le mieux à nos observations», a déclaré Ribas. "Cependant, nous devons rester prudents et collecter davantage de données pour résoudre le problème à l'avenir, car les variations naturelles de la luminosité stellaire résultant des taches en étoile peuvent produire des effets similaires à ceux détectés."

PROCHAINES ÉTAPES

Des observations de suivi de l’étoile de Barnard ont déjà lieu dans différents observatoires. Selon Vogt, les données actuelles peuvent exclure la présence de planètes géantes de la taille de Jupiter plus proches de l'étoile, mais il se peut qu'il existe des planètes supplémentaires légèrement plus petites que la masse terrestre en orbite plus proche qui n'ont pas encore été détectées.

Les exoplanètes si petites et si éloignées de leur étoile mère n'avaient pas été découvertes avant l'utilisation de la technique de vitesse radiale. Cela signifie que les astronomes parviennent de mieux en mieux à trouver ce type de planètes en dehors de notre système solaire.

«Nous avons tous travaillé très dur sur ce résultat», a déclaré le co-responsable Guillem Anglada-Escude de l'Université Queen Mary à Londres. «C’est le résultat d’une vaste collaboration organisée dans le cadre du projet Red Dots. C’est pourquoi des équipes du monde entier, notamment des astronomes semi-professionnels coordonnés par l’Association américaine des observateurs de étoiles variables, apportent leur contribution.»

«Bien que la super-Terre que nous avons détectée soit beaucoup trop froide pour être habitable, elle souligne les statistiques sur les exoplanètes qui confirment qu'il y a plus de planètes dans l'univers qu'il n'y a d'étoiles et plus de planètes potentiellement habitables de la taille de la Terre que de grains de sable. les plages de notre planète! »a déclaré Vogt.