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Vue d’artiste d’une planète flottant librement. À l’aide d’observations et de données d’archives de plusieurs observatoires du NOIRLab de la NSF, ainsi que d’observations de télescopes du monde entier et en orbite, les astronomes ont découvert au moins 70 nouvelles planètes flottantes – des planètes qui errent dans l’espace sans étoile mère – dans une région voisine de la Voie lactée connue sous le nom d’association stellaire Upper Scorpius OB. Crédit : NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva
Les plus de 70 mondes sans soleil ont chacun à peu près la masse de Jupiter.
À l’aide d’observations et de données d’archives de plusieurs observatoires du NOIRLab de la NSF, ainsi que d’observations de télescopes du monde entier et en orbite, les astronomes ont découvert au moins 70 nouvelles planètes flottantes – des planètes qui errent dans l’espace sans étoile mère – dans une région voisine du voie Lactée. C’est le plus grand échantillon de telles planètes trouvé dans un seul groupe et il double presque le nombre connu sur l’ensemble du ciel.
Les chercheurs ont découvert un groupe de planètes flottantes – des planètes n’orbitent pas autour d’une étoile – dans une région voisine de la Voie lactée connue sous le nom d’association stellaire Upper Scorpius OB. Au moins 70 et jusqu’à 170 d’entre eux JupiterDes planètes de grande taille ont été découvertes en examinant les données de plus de 20 ans d’observations.[1] Les premières planètes flottantes ont été découvertes dans les années 1990, mais les dernières découvertes ont presque doublé le nombre total connu.
Pour trouver ces planètes, la première auteure de l’étude, Núria Miret-Roig du Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux, à l’Université de Bordeaux en France, avec une équipe d’astronomes, a utilisé les observations et les données d’archives d’un certain nombre de grands observatoires, dont des installations du NOIRLab de la NSF, des télescopes de l’Observatoire européen austral, du télescope Canada-France-Hawaï et du télescope Subaru, totalisant 80 000 images à grand champ sur 20 ans d’observations.
Hervé Bouy, astronome au Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux et chef de projet de la recherche, déclare que la découverte d’autant de planètes flottantes n’aurait pas été possible sans l’accès à l’Astro Data Archive et à la plateforme scientifique Astro Data Lab de NOIRLab. exploité au Centre communautaire des sciences et des données (CSDC).
Cette image montre une petite zone du ciel en direction de la région occupée par Upper Scorpius et Ophiucus. Il zoome sur une planète voyou récemment découverte, c’est-à-dire une planète qui n’orbite pas autour d’une étoile mais erre librement par elle-même. La planète voyou est le petit point rouge vif au centre même de l’image.
L’image a été créée en combinant les données de l’instrument OmegaCam sur le VLT Survey Telescope (VST) et de l’instrument VIRCAM sur le Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy (VISTA), tous deux situés à l’Observatoire Paranal de l’ESO au Chili. Les observations avec ces instruments et d’autres ont aidé les scientifiques à distinguer les planètes des étoiles, des naines brunes et d’autres objets dans cette région du ciel.
Cachées loin de toute étoile les éclairant, les planètes voyous seraient normalement impossibles à imager, mais peu de temps après leur formation, elles émettent une faible lueur qui peut être détectée par des caméras sensibles sur de puissants télescopes. Crédit : ESO/Miret-Roig et al.
Les données comprennent 247 images de l’imageur infrarouge à champ extrêmement large NEWFIRM de l’Observatoire national de Kitt Peak (KPNO) en Arizona, 1348 images du même instrument NEWFIRM après son transfert à l’Observatoire interaméricain de Cerro Tololo (CTIO) au Chili, 2214 images de l’imageur de port latéral infrarouge qui fonctionnait auparavant sur le télescope de 4 mètres Víctor M. Blanco au CTIO, et 3744 images de la caméra à énergie noire.
“Le trésor disponible dans NOIRLab Astro Data Archive a été fondamental pour cette étude”, a déclaré Bouy. « Nous avions besoin d’images très profondes et à grand champ à la fois dans l’optique et dans le proche infrarouge, couvrant une longue période de référence. La caméra à énergie noire et NEWFIRM étaient donc très attrayantes pour notre projet, car elles comptent parmi les caméras à grand champ les plus sensibles au monde.
Cette image montre les emplacements de 115 planètes voyous potentielles, surlignées de cercles rouges, récemment découvertes par une équipe d’astronomes dans une région du ciel occupée par Upper Scorpius et Ophiucus. Les planètes voyous ont des masses comparables à celles des planètes de notre système solaire, mais n’orbitent pas autour d’une étoile et se déplacent librement par elles-mêmes.
Le nombre exact de planètes voyous trouvées par l’équipe se situe entre 70 et 170, selon l’âge supposé pour la région d’étude. Cette image a été créée en supposant un âge intermédiaire, résultant en un certain nombre de planètes candidates entre les deux extrêmes de l’étude. Crédit : ESO/N. Risinger (skysurvey.org)
L’un des imageurs CCD à champ large les plus performants au monde, la caméra à énergie noire a été conçue pour l’enquête sur l’énergie noire financée par le ministère de l’Énergie (DOE). Il a été construit et testé au Fermilab du DOE, et a été exploité par le DOE et la National Science Foundation (NSF) entre 2013 et 2019. À l’heure actuelle, la caméra à énergie noire est utilisée pour des programmes couvrant un large éventail de sciences. L’analyse des données du Dark Energy Survey est soutenue par le DOE et la NSF.
« Ce projet illustre l’incroyable importance de fournir un accès aux données d’archives de différents télescopes, non seulement aux États-Unis, mais dans le monde entier », a déclaré Chris Davis, responsable de programme à la National Science Foundation pour le NOIRLab de la NSF. « C’est quelque chose que NOIRLab et en particulier le CSDC a travaillé dur pour permettre depuis plusieurs années, et continue de le faire avec le soutien de la NSF. »
Les planètes flottantes se trouvent dans l’association Upper Scorpius OB, qui se trouve à 420 années-lumière de la Terre. Cette région contient un certain nombre des nébuleuses les plus célèbres, notamment le nuage de Rho Ophiuchi, la nébuleuse de la Pipe, Barnard 68 et le sac de charbon.
Les planètes flottantes ont principalement été découvertes via des relevés par microlentille, dans lesquels les astronomes surveillent un bref alignement aléatoire entre un exoplanète et une étoile de fond. Cependant, les événements de microlentille ne se produisent qu’une seule fois, ce qui signifie que les observations de suivi sont impossibles.
Ces nouvelles planètes ont été découvertes en utilisant une méthode différente. Ces planètes, tapies loin de toute étoile les éclairant, seraient normalement impossibles à imager. Cependant, Miret-Roig et son équipe ont profité du fait que, quelques millions d’années après leur formation, ces planètes sont encore suffisamment chaudes pour briller, ce qui les rend directement détectables par des caméras sensibles sur de grands télescopes. L’équipe de Miret-Roig a utilisé les 80 000 observations pour mesurer la lumière de tous les membres de l’association sur une large gamme de longueurs d’onde optiques et proches infrarouges et les a combinées avec des mesures de la façon dont elles semblent se déplacer dans le ciel.
« Nous avons mesuré les minuscules mouvements, les couleurs et les luminosités de dizaines de millions de sources dans une vaste zone du ciel », explique Miret-Roig. “Ces mesures nous ont permis d’identifier en toute sécurité les objets les plus faibles dans cette région.”
La découverte met également en lumière l’origine des planètes flottantes. Certains scientifiques pensent que ces planètes peuvent se former à partir de l’effondrement d’un nuage de gaz trop petit pour conduire à la formation d’une étoile, ou qu’elles auraient pu être chassées de leur système parent. Mais quel est le mécanisme réel reste inconnu.
Le modèle d’éjection suggère qu’il pourrait y avoir encore plus de planètes flottantes de la taille de la Terre. “Les planètes flottantes de la masse de Jupiter sont les plus difficiles à éjecter, ce qui signifie qu’il pourrait y avoir encore plus de planètes flottantes de la masse terrestre errant dans la galaxie”, explique Miret-Roig.
On s’attend à ce que l’observatoire Vera C. Rubin puisse trouver beaucoup plus de planètes flottantes lorsqu’il commencera ses opérations scientifiques cette décennie.
Pour en savoir plus sur cette découverte, voir Mysterious Galactic Nomads: Au moins 70 planètes voyous découvertes dans notre voie lactée.
Remarques
- La gamme du nombre de planètes flottantes se produit parce que la masse des objets n’est pas mesurée directement dans cette étude. Les objets de plus de 13 masses de Jupiter ne sont probablement pas des planètes. Une limite supérieure de la masse des objets a été déduite de leur luminosité, qui dépend de leur âge. Étant donné que l’âge de l’association stellaire dans laquelle résident ces planètes n’est connu qu’avec une certaine certitude, le nombre exact de planètes est également incertain.
Les références
« A rich population of free-floating planets in the Upper Scorpius young stellar association » par Núria Miret-Roig, Hervé Bouy, Sean N. Raymond, Motohide Tamura, Emmanuel Bertin, David Barrado, Javier Olivares, Phillip AB Galli, Jean-Charles Cuillandre, Luis Manuel Sarro, Angel Berihuete et Nuria Huélamo, 22 décembre 2021, Astronomie de la nature.
DOI : 10.1038/s41550-021-01513-x
Plus d’information
Cette recherche a été présentée dans un article « A rich population of free-floating planets in the Upper Scorpius young stellar association » à paraître dans Astronomie de la nature.
L’équipe est composée de Núria Miret-Roig (Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux, Univ. Bordeaux, CNRS, France (LAB); Université de Vienne, Département d’Astrophysique, Autriche), Hervé Bouy (LAB), Sean N. Raymond ( LAB), Motohide Tamura (Département d’astronomie, École supérieure des sciences, Université de Tokyo, Japon ; Centre d’astrobiologie, Instituts nationaux des sciences naturelles, Tokyo, Japon [ABC-NINS]), Emmanuel Bertin (CNRS, UMR 7095, Institut d’Astrophysique de Paris, France [IAP]; Sorbonne Université, IAP, France) David Barrado (Centre d’Astrobiologie [CSIC-INTA], Dépt. de Astrofísica, Campus ESAC, Espagne), Javier Olivares (LAB), Phillip Galli (LAB), Jean-Charles Cuillandre (AIM, CEA, CNRS, Université Paris-Saclay, Université de Paris, France), Luis Manuel Sarro (Depto. of Artificial Intelligence, UNED, Espagne) Angel Berihuete (Département de statistiques et de recherche opérationnelle, Université de Cadix, Espagne) & Nuria Huélamo (CSIC-INTA)
