Représentation artistique de ce à quoi pourrait ressembler un système planétaire similaire à TOI-2337b, TOI-4329b, et TOI- 2669b, où une exoplanète chaude de type Jupiter orbite autour d’une étoile évoluée et mourante. Crédit : Université d’Hawaii/Institut d’astronomie/Karen Teramura
Les astronomes ont repéré trois nouvelles exoplanètes. Mais cette découverte pourrait ne pas durer longtemps. Chaque planète se trouve dans un système solaire distinct, et chacune orbite dangereusement près de son étoile. Pire encore, toutes les étoiles sont en train de mourir.
Les résultats ?
Trois planètes condamnées.
TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) et d’autres projets de chasse aux planètes ont permis de découvrir des milliers d’exoplanètes au cours des dernières années et décennies. Ces exoplanètes sont très variées, allant de planètes semblables à la Terre, situées dans la zone habitable de leur étoile, à des planètes si chaudes que du fer vaporisé tombe en pluie.
Mais ces trois exoplanètes ont quelque chose en commun. Elles ont des orbites à très courte période – parmi les plus courtes jamais découvertes – autour d’étoiles géantes ou subgéantes. Pour des planètes comme celles-ci, l’écriture est sur le mur : ils vont spiraler vers l’intérieur vers leurs étoiles, qui finiront par les engloutir.
Une équipe de chercheurs a présenté ces sombres découvertes dans un nouvel article intitulé “TESS Giants Transiting Giants II : The hottest Jupiters orbiting evolved stars”. L’Astronomical Journal a accepté l’article, et il est disponible sur le site de prépresse arxiv.org. Samuel Grunblatt est l’auteur principal. Il est chercheur postdoctoral au Musée américain d’histoire naturelle et à l’Institut Flatiron.
Cette découverte peut sembler macabre : trois planètes condamnées qui vont entrer en spirale vers leur fin, avec des étoiles qui se rapprochent également de la mort en quittant la séquence principale. Mais ce serait déformer l’image de la découverte. Il faut plutôt la considérer comme de l’archéologie planétaire.
“Ces découvertes sont cruciales pour la compréhension d’une nouvelle frontière dans l’univers. exoplanète Ces découvertes sont cruciales pour comprendre une nouvelle frontière dans l’étude des exoplanètes : comment les systèmes planétaires évoluent dans le temps “, a déclaré Grunblatt dans un communiqué de presse. “Ces observations offrent de nouvelles fenêtres sur les planètes qui approchent de la fin de leur vie avant que leur étoile hôte ne les avale.”
Les trois planètes sont TOI-2337b, TOI-4329b et TOI-2669b. TOI signifie Tess Object of Interest, et le numéro correspond à l’étoile. Le “b” indique la planète la plus proche de l’étoile dans chaque système.
Cette figure montre à quoi peuvent ressembler les données TESS après leur traitement. Chaque panneau a été traité différemment, mais chacun montre le même résultat global. Dans cette étude, une étoile proche a contaminé les données de flux stellaire de TOI-4329, les chercheurs ont donc utilisé des données traitées de trois manières différentes pour renforcer leurs résultats. TESS a recueilli les données pendant 2,9 jours d’observations. Crédit : Grunblatt et al 2022.
Toutes les planètes sont des géantes gazeuses, semblables aux planètes suivantes Jupiter dans notre système solaire. Les astronomes les ont découvertes au cours d’une étude visant à rechercher de nouvelles planètes en orbite autour d’étoiles hôtes évoluées. Les mondes ont une masse de 0,4 à 1,8 Jupiter et un rayon de 0,8 à 1,8 Jupiter. Les étoiles ont une masse d’environ 1,2 à 1,5 masse solaire et un rayon d’environ 2,3 à 4,1 rayons solaires.
Les planètes ont un large éventail de densités, ce qui indique que chacun des systèmes solaires a connu une période chaotique d’interactions entre planètes. Les astronomes pensent que l’histoire de ces interactions a contribué aux variations de densité par des taux de chauffage et des échelles de temps imprévisibles.
Le site Télescope spatial James Webb pourrait être en mesure d’élucider certains détails d’au moins un de ces systèmes. Lorsqu’il examinera le système TOI-4329, la présence ou l’absence de vapeur d’eau et de CO2 dans l’atmosphère de la planète pourrait permettre de déterminer l’endroit où la planète s’est formée. Cela pourrait également donner un aperçu des types d’interactions planétaires qui ont placé la planète sur son orbite actuelle.
La spectroscopie est un outil que les astronomes utilisent pour mieux comprendre la physique des objets dans l’espace. Les spectrographes à bord du télescope spatial James Webb (Webb) fournissent aux scientifiques les données nécessaires pour analyser les matériaux qui composent les étoiles, les nébuleuses, les galaxies et les atmosphères des planètes. Crédit : ESA
Dans les configurations planète-étoile de ce type, les astronomes s’attendent à ce que les planètes se gonflent à mesure qu’elles se rapprochent des étoiles et que celles-ci se dilatent. Les étoiles finiront par engloutir les planètes au fur et à mesure que leurs orbites s’incurvent vers l’intérieur. Jusqu’à présent, TESS n’a détecté aucune preuve d’une orbite décroissante. Mais TESS a trouvé ces planètes pendant sa mission principale. Il recueillera plus de données pendant ses missions prolongées, et ces données formeront une…une ligne de base d’observations plus longue. Cette ligne de base plus longue peut indiquer que les planètes sont déjà dans leur spirale de la mort.
L’inflation planétaire devient une métrique importante pour comprendre les exoplanètes. Pourquoi certaines planètes aussi massives que Jupiter ont-elles un rayon beaucoup plus grand ? Les géantes gazeuses subissent un refroidissement radiatif de leurs profondeurs internes, ce qui inhibe l’inflation sur de longues échelles de temps, en commençant peu après leur formation. La proximité d’une étoile pourrait retarder ce refroidissement et favoriser l’inflation.
Mais il y a aussi de plus en plus de preuves que la proximité d’une étoile peut activement provoquer l’inflation par le biais du flux stellaire. Dans un précédent article par l’auteur principal Greenblatt en 2017, les auteurs ont écrit : “Le flux stellaire s’écoulant vers les intérieurs convectifs profonds des planètes pourrait donc expliquer leur taille actuelle, une indication que l'”inflation” des planètes est directement liée à l’irradiation stellaire plutôt qu’à un refroidissement atmosphérique retardé après la formation des planètes.”
Les scientifiques pensent que les géantes gazeuses comme Jupiter possèdent une zone radiative profonde qui transfère la chaleur à une zone convective. Au fil du temps, le dégagement de chaleur empêche la planète de se gonfler. Mais lorsqu’une géante gazeuse se rapproche de son étoile, le flux stellaire peut ajouter de la chaleur à la planète, provoquant une inflation. Crédit : NASA / JPL-Caltech / SwRI
Mais l’inflation planétaire est une question compliquée. Dans le même article de 2017, les auteurs écrivent que “les planètes peuvent être gonflées par des méthodes qui dépendent plus fortement d’autres facteurs tels que la métallicité atmosphérique que le flux incident.”
Bien qu’il n’y ait pas encore d’indication de désintégration orbitale dans les planètes, il y a des preuves d’inflation pour au moins une planète. TOI-2337b a la période orbitale la plus courte de tous les mondes jamais trouvés autour d’une étoile géante rouge, mais elle ne montre aucun signe d’inflation. Le système TOI-2669b est le système le plus évolué des trois, pourtant la planète ne montre aucun signe d’inflation non plus. TOI-4329b, par contre, montre des signes d’inflation.
TOI-2669b est une cible plus lumineuse que les deux autres dans cette étude. Cela en fait une bonne cible pour la spectroscopie avec le télescope James Webb. Ces données, ainsi que des contraintes plus strictes sur l’excentricité de la planète, “… pourraient imposer de nouvelles contraintes sur les mécanismes et les échelles de temps de l’inflation et de la migration des planètes.”
Les trois planètes de cette étude ne sont qu’un début. TESS devrait en trouver beaucoup plus. “Nous nous attendons à trouver des dizaines ou des centaines de ces systèmes évolués de planètes en transit avec TESS, fournissant de nouveaux détails sur la façon dont les planètes interagissent entre elles, se gonflent et migrent autour des étoiles, y compris celles comme notre Soleil”, a déclaré Nick Saunders, étudiant diplômé à l’UH IfA et co-auteur de l’étude.
TESS a été aidé dans ce travail. Bien qu’il ait trouvé les planètes par la méthode du transit, ces résultats ne révèlent que des exoplanètes candidates. La confirmation de leur statut d’exoplanètes nécessite des observations de suivi au sol. L’observatoire Keck a fourni ces observations grâce à son spectromètre Echelle à haute résolution (HIRES). Les données de HIRES ont permis d’étoffer les découvertes.
Le soleil se couche sur le Mauna Kea alors que les deux Keck se préparent à l’observation. Crédit : Laurie Hatch/ Observatoire W. M. Keck
“Les observations Keck de ces systèmes planétaires sont essentielles à la compréhension de leurs origines, contribuant à révéler le destin de systèmes solaires comme le nôtre”, a déclaré Daniel Huber, astronome de l’IfA de l’UH, qui a co-écrit l’étude. Des études comme celle-ci pourraient également constituer de petits pas vers la réponse à la question la plus importante de l’humanité : Sommes-nous seuls ?
Tout ceci peut sembler académique pour un lecteur occasionnel. Mais notre propre soleil quittera un jour la séquence principale et commencera à se développer en une sous-géante rouge qui engloutira probablement la Terre. Il est peu probable que l’humanité survive jusque-là, car cela ne se produira pas avant des milliards d’années. Les extinctions sont la norme ici sur Terre, mais peut-être l’humanité parviendra-t-elle d’une manière ou d’une autre à battre les probabilités cosmiques.
En attendant, au moins, nous en apprenons davantage sur la nature et l’Univers dont nous faisons partie.
Publié à l’origine sur L’Univers aujourd’hui.
Pour en savoir plus sur ce sujet, lisez Danger Close : Les planètes nouvellement découvertes seront “avalées” par leur étoile.
Référence : “TESS Giants Transiting Giants II : The hottest Jupiters orbiting evolved stars” par Samuel K. Grunblatt, Nicholas Saunders, Meng Sun, Ashley Chontos, Melinda Soares-Furtado, Nora Eisner, Filipe Pereira, Thaddeus Komacek, Daniel Huber, Karen Collins, Gavin Wang, Chris Stockdale, Samuel N. Quinn, Rene Tronsgaard, George Zhou, Grzegorz Nowak, Hans J. Deeg, David R. Ciardi, Andrew Boyle, Malena Rice, Fei Dai, Sarah Blunt, Judah Van Zandt, Corey Beard, Joseph M. Akana Murphy, Paul A. Dalba, JackLubin, Alex Polanski, Casey Lynn Brinkman, Andrew W. Howard, Lars A. Buchhave, Ruth Angus, George R. Ricker, Jon M. Jenkins, Bill Wohler, Robert F. Goeke, Alan M. Levine, Knicole D. Colon, Chelsea X. Huang, Michelle Kunimoto, Avi Shporer, David W. Latham, Sara Seager, Roland K. Vanderspek et Joshua N. Winn, accepté, Astronomical Journal.
arXiv:2201.04140
