Impression d’artiste de planètes en orbite autour d’une naine rouge. Crédit : Mark Garlick
Dirigé par le Université de Berne, une équipe de recherche internationale a découvert un sub-Neptune exoplanète en orbite autour d’une étoile naine rouge. La découverte a également été faite grâce aux observations réalisées par l’observatoire SAINT-EX au Mexique. SAINT-EX est géré par un consortium comprenant le Centre de l’espace et de l’habitabilité (CSH) de l’Université de Berne et le Pôle de recherche national NCCR PlanetS.
Les “naines rouges” sont de petites étoiles et donc beaucoup plus froides que notre Soleil. Autour de telles étoiles, la présence d’eau liquide est possible sur des planètes beaucoup plus proches de l’étoile que dans notre système solaire. La distance entre une exoplanète et son étoile est un facteur crucial pour sa détection : plus une planète est proche de son étoile hôte, plus la probabilité qu’elle puisse être détectée est élevée.
Dans une étude récemment publiée dans le journal Astronomie & ; AstrophysiqueNicole Schanche, du Centre de l’espace et de l’habitabilité CSH de l’Université de Berne, rapportent la découverte de l’exoplanète TOI-2257 b en orbite autour d’une naine rouge proche. Nicole Schanche est également membre du Pôle de recherche national PlanetS, que l’Université de Berne dirige en collaboration avec l’Université de Genève.
Un télescope spécial fait partie de la solution
Les exoplanètes qui sont très éloignées de notre système solaire ne peuvent pas être observées directement au télescope – elles sont trop petites et réfléchissent trop peu de lumière. Cependant, une façon de détecter ces planètes est la méthode du transit. Cette méthode consiste à utiliser des télescopes pour observer les baisses de luminosité de l’étoile qui se produisent lorsque les planètes passent devant l’étoile. Les observations répétées des creux dans la luminosité de l’étoile donnent des mesures précises de la période orbitale de la planète autour de l’étoile, et la profondeur du transit permet aux chercheurs de déterminer le diamètre de la planète. La profondeur du transit permet aux chercheurs de déterminer le diamètre de la planète. En combinant ces données avec les estimations de la masse de la planète obtenues par d’autres méthodes, comme les mesures de la vitesse radiale, il est possible de calculer la densité de la planète.
La planète TOI-2257 b a été initialement identifiée par les données de l’Observatoire de la Terre. NASASatellite d’étude des exoplanètes en transit de la NASA . TESSLe télescope spatial TESS. La petite étoile a été observée pendant quatre mois au total, mais les intervalles entre les observations n’ont pas permis de déterminer clairement si la baisse de luminosité pouvait être expliquée par le transit d’une planète dont l’orbite est de 176, 88, 59, 44 ou 35 jours.
L’observatoire SAINT-EX est une installation entièrement robotisée hébergeant un télescope de 1 mètre basé au Mexique. Crédit : Institut d’astronomie, UNAM / E. Cadena
L’observation de l’étoile avec le télescope global de l’Observatoire de Las Cumbres a ensuite permis d’écarter la possibilité qu’une planète ayant une période orbitale de 59 jours soit à l’origine de la baisse de luminosité. “Ensuite, nous avons voulu savoir si la période orbitale de 35 jours était possible”, explique Nicole Schanche.
Le télescope SAINT-EX, basé au Mexique, coopéré par le CSH et le PRN PlanetS, a été conçu pour étudier plus en détail les naines rouges et leurs planètes. SAINT-EX est un acronyme qui signifie “Search And characterIsatioN of Transiting EXoplanets”. Le projet a été nommé en l’honneur d’Antoine de Saint-Exupéry (Saint-Ex), le célèbre écrivain, poète et aviateur. SAINT-EX a observé un transit partiel de TOI-2257 b et a pu confirmer la période orbitale exacte de l’exoplanète autour de son étoile, soit 35 jours. “35 jours plus tard, SAINT-EX a pu observer le transit complet, ce qui nous a donné encore plus d’informations sur les propriétés du système”, explique le co-auteur Robert Wells du CSH, qui a participé au traitement des données.
Une planète tempérée à l’orbite irrégulière
Avec sa période orbitale de 35 jours, TOI-2257 b tourne autour de l’étoile hôte à une distance où la présence d’eau liquide est possible sur la planète, et donc où des conditions favorables à l’émergence de la vie pourraient exister. Les planètes situées dans cette “zone habitable” près d’une petite étoile naine rouge sont plus faciles à étudier car elles ont des périodes orbitales plus courtes et peuvent donc être observées plus souvent. Le rayon de TOI-2257 b (2,2 fois plus grand que celui de la Terre) suggère que la planète est plutôt gazeuse, avec une pression atmosphérique élevée peu propice à la vie.
Fichiers de pixels des cibles TESS des secteurs 14, 20, 21 et 26 qui ont observé TOI-2257, générés au moyen de tpfplotter (Aller et al. 2020). Les ouvertures utilisées pour extraire la photométrie par le pipeline SPOC sont représentées par des régions ombragées en rouge. Le siteLe catalogue Gaia DR2 (Gaia Collaboration 2018) est représenté en surimpression, avec toutes les sources d’un contraste allant jusqu’à 6 magnitudes avec TOI-2257 représentées par des cercles rouges. Nous notons que la taille du symbole varie en fonction du contraste de magnitude. Bien que l’étoile soit relativement isolée, il y a une petite quantité de contamination par des sources extérieures, allant de 2 à 5% du flux total. Crédit : DOI : 10.1051/0004-6361/202142280
“Nous avons constaté que TOI-2257 b n’a pas une orbite circulaire et concentrique, explique Nicole Schanche. En fait, il s’agit de la planète la plus excentrique orbitant autour d’une étoile froide jamais découverte. “En termes d’habitabilité potentielle, c’est une mauvaise nouvelle”, poursuit Nicole Schanche. “Si la température moyenne de la planète est confortable, elle varie de -80°C à environ 100°C selon l’endroit de son orbite où se trouve la planète, loin ou près de l’étoile.” Une explication possible de cette orbite surprenante est que plus loin dans le système, une planète géante se cache et perturbe l’orbite de TOI 2257 b. D’autres observations mesurant la vitesse radiale de l’étoile permettront de confirmer l’excentricité et de rechercher d’éventuelles planètes supplémentaires qui n’ont pas pu être observées en transit.
Candidat à l’observation avec le JWST
Le télescope spatial James Webb (JWST), qui a été lancé avec succès le 25 décembre, va révolutionner la recherche sur les atmosphères des exoplanètes. Afin de prioriser les bons candidats pour les observations avec le JWST, une métrique de spectroscopie de transmission (TSM) a été développée qui évalue différentes propriétés du système. TOI-2257 b est bien positionnée par rapport à la TSM et constitue l’une des cibles sub-neptuniennes les plus intéressantes pour des observations ultérieures. “En particulier, la planète pourrait être étudiée pour des signes de caractéristiques telles que la vapeur d’eau dans l’atmosphère”, conclut Nicole Schanche.
Référence : “TOI-2257 b : A highly eccentric long-period sub-Neptune transiting a nearby M dwarf” par N. Schanche, F. J. Pozuelos, M. N. Günther, R. D. Wells, A. J. Burgasser, P. Chinchilla, L. Delrez, E. Ducrot, L. J. Garcia, Y. Gómez Maqueo Chew, E. Jofré, B. V. Rackham, D. Sebastian, K. G. Stassun, D. Stern, M. Timmermans, K. Barkaoui, A. Belinski, Z. Benkhaldoun, W. Benz, A. Bieryla, F. Bouchy, A. Burdanov, D. Charbonneau, J. L. Christiansen, K. A. Collins, B.- O. Demory, M. Dévora-Pajares, J. de Wit, D. Dragomir, G. Dransfield, E. Furlan, M. Ghachoui, M. Gillon, C. Gnilka, M. A. Gómez-Muñoz, N. Guerrero, M. Harris, K. Heng, C. E. Henze, K. Hesse, S. B. Howell, E. Jehin, J. Jenkins, E. L. N. Jensen, M. Kunimoto, D. W. Latham, K. Lester, K. K. McLeod, I. Mireles, C. A. Murray, P. Niraula, P. P. Pedersen, D. Queloz, E. V. Quintana, G. Ricker, A. Rudat, L. Sabin, B. Safonov, U. Schroffenegger, N. Scott, S. Seager, I. Strakhov, A. H. M. J. Triaud, R. Vanderspek, M. Vezie et J. Winn, 7 janvier 2022, Astronomie & ; Astrophysique.
DOI: 10.1051/0004-6361/202142280
