Les planètes en orbite autour d’étoiles binaires sont dans une situation difficile. Ils doivent faire face à l’attraction gravitationnelle de deux étoiles distinctes. La formation planétaire autour d’une seule étoile comme notre Soleil est relativement simple par rapport à ce que traversent les planètes circumbinaires. Jusqu’à récemment, les astronomes n’étaient pas sûrs de leur existence.
Les astronomes trouvent rarement des étoiles binaires avec des planètes en orbite autour d’elles. C’est peut-être parce qu’ils sont rares, ou parce qu’ils sont difficiles à détecter, probablement les deux. Maintenant, une équipe de chercheurs a trouvé une étoile binaire avec plus d’une planète. Ce n’est que la deuxième instance d’un système stellaire binaire multiplanétaire. Que nous apprend-il sur ces types de systèmes solaires ?
Le système s’appelle TOI-1338 et est une étoile binaire à environ 1300 années-lumière dans la constellation Pictoris. TOI 1338 A est une étoile de la séquence principale de 1,12 masse solaire, et TOI 1338 B est une naine M (naine rouge) de 0,3 masse solaire. Le système stellaire a environ 4,4 milliards d’années.
Un stagiaire d’été au Goddard Space Flight Center de la NASA a trouvé la première planète autour du binaire en 2017. TOI 1338 b est une planète circumbinaire avec environ 33 masses terrestres et se situe entre Saturne et Neptune. C’est sur une orbite de 95 jours autour des étoiles binaires.
Les planètes circumbinaires sont difficiles à trouver dans les données car les étoiles peuvent s’éclipser, ce qui rend les transits planétaires difficiles à discerner. Leurs transits peuvent également être irréguliers, et ils peuvent transiter devant une seule des étoiles binaires. Les transits de TOI 1338 b se produisent de manière irrégulière, entre 93 et 95 jours, ce qui le rend non périodique. Et puisque les deux étoiles se déplacent, la profondeur du transit varie.
En raison de l’inclinaison de TOI 1338 b, de notre point de vue, il arrêtera de transiter devant son étoile en novembre 2023. Puis vers 2031, nous reverrons les transits.
Maintenant, les astronomes ont trouvé une deuxième planète en orbite autour de TOI 1338. Elle s’appelle TOI-1338/BEBOP-1c, et ils l’ont trouvée en utilisant la méthode de vitesse radiale plutôt que la méthode de transit. Le nom BEBOP vient d’un projet d’observation. “Pour augmenter le nombre de planètes circumbinaires connues et fournir des masses précises pour les systèmes découverts avec la méthode des transits, nous avons lancé une enquête d’observation à vitesse radiale dédiée à la détection des planètes circumbinaires appelée Binaries Escorted By Orbiting Planets (BEBOP)”, expliquent les auteurs dans leur papier.
Les chercheurs ont rapporté leurs découvertes dans un article intitulé “La première planète circumbinaire découverte avec des vitesses radiales”. Il a été accepté pour publication dans Nature Astronomy et est disponible sur arxiv.org. L’auteur principal est Matthew R. Standing, titulaire d’un doctorat. étudiant à l’École de physique et d’astronomie de l’Université de Birmingham, Royaume-Uni.
La nouvelle planète est une géante gazeuse d’environ 65 masses terrestres. Il est sur une orbite plus large que TOI 1338 b et a une période orbitale d’environ 215 jours. Les astronomes l’ont découvert en utilisant les données de vitesse radiale recueillies avec les spectrographes HARPS et ESPRESSO. Cette découverte marque la première fois que des astronomes ont trouvé une planète circumbinaire utilisant la vitesse radiale, et le système n’est que le deuxième système circumbinaire à plusieurs planètes découvert.
Les astronomes sont très intéressés par les planètes circumbinaires. Ils sont courants dans la science-fiction mais n’ont été confirmés que lorsque la mission Kepler a trouvé le premier. Il s’appelle Kepler-16b, et c’est un excentrique à sa manière. C’est à l’intérieur du rayon que les astronomes pensaient être la limite intérieure des planètes dans les systèmes d’étoiles binaires. Kepler-16b n’a pas de planètes sœurs.
Maintenant, nous connaissons 12 planètes circumbinaires, et deux d’entre elles sont dans des systèmes multiplanétaires. Le premier système circumbinaire multiplanétaire découvert par les astronomes s’appelle Kepler-47 et héberge trois explanètes connues. Le programme d’observation BEBOP est conçu pour découvrir davantage de planètes circumbinaires et en savoir plus à leur sujet. Son objectif principal est d’en trouver davantage, et il le fera en surmontant certains des biais d’observation de Kepler.
Les systèmes stellaires binaires sont beaucoup plus compliqués que les systèmes à une seule étoile comme le nôtre. Les étoiles binaires perturbent la formation des planètes d’une manière que les systèmes à une seule étoile plus prévisibles ne font pas. Les étoiles doubles créent des conditions difficiles dans l’environnement protoplanétaire. Les astronomes pensaient que les planètes de ces systèmes seraient soumises à des collisions catastrophiques ou seraient projetées hors de leurs systèmes par des perturbations gravitationnelles. Mais toutes ces découvertes récentes montrent que ce n’est pas nécessairement vrai. En trouvant plus de planètes circumbinaires et en caractérisant leurs similitudes et leurs différences avec les planètes à une seule étoile, les astronomes en apprendront beaucoup sur la façon dont les planètes se forment et migrent.
L’une des difficultés de l’étude des planètes circumbinaires est de déterminer leurs masses. BEBOP a été conçu non seulement pour trouver des planètes, mais aussi pour mesurer leurs masses avec plus de précision. C’est essentiel car connaître leurs masses aide à déterminer celles qui sont gonflées, avec des atmosphères étendues adaptées à la spectroscopie atmosphérique. BEBOP a non seulement trouvé la deuxième planète, mais il a mesuré plus précisément la masse de la planète intérieure de TOI-1338.
“Si nous voulons dévoiler les mystères des exo-atmosphères circumbinaires de type Tatooine, le système TOI-1338/BEBOP-1 offre un nouvel espoir.”
Extrait de “La première planète circumbinaire découverte avec des vitesses radiales”.
Trouver un autre système circumbinaire multiplanétaire et déterminer leurs masses est une découverte importante. Bien que ces systèmes modifient certaines parties des modèles de formation des planètes, ils finiront par rendre nos modèles plus précis.
Les chercheurs disent qu’à un moment donné, TOI-1338/BEBOP-1c est assuré de transiter par l’étoile principale, mais ils ne peuvent pas dire quand. C’est malgré le désalignement entre la planète et l’étoile. “Il peut sembler contre-intuitif au début qu’un désalignement planète-binaire rende la transitabilité plus probable”, écrivent-ils. C’est parce que l’inclinaison du ciel de la planète oscille autour de l’inclinaison du ciel du binaire, selon les auteurs, et finalement, l’inclinaison de la planète approchera 90o. Cela signifie que “… la grande majorité des planètes circumbinaires en orbite autour de binaires à éclipses finiront par transiter”.
L’équipe a également examiné la question des autres planètes autour de l’étoile binaire. Aucun n’a encore été détecté, mais il se peut qu’il le soit encore. Bien qu’ils ne puissent pas dire avec certitude s’il existe d’autres planètes, ils ont calculé et représenté graphiquement les limites de toute détection potentielle.
L’un des problèmes liés à l’étude des planètes circumbinaires autour d’étoiles binaires est que la plupart de celles que nous connaissons sont trop faibles. Cela signifie que pour la plupart d’entre eux, y compris la nouvelle planète TOI-1338/BEBOP-1c, il n’y a aucune possibilité d’utiliser la spectroscopie pour sonder leurs atmosphères. Mais son frère découvert précédemment, TOI-1338b, pourrait être suffisamment éclairé. “Par conséquent”, écrivent les chercheurs, “malgré les défis qu’il peut présenter, TOI-1338/BEBOP-1b est notre seule possibilité de faire la lumière sur la composition atmosphérique des planètes circumbinaires.”
« Sur les 15 exoplanètes circumbinaires désormais connues, TOI-1338/BEBOP-1b est la seule pour laquelle la spectroscopie de transmission du télescope spatial James Webb peut actuellement être poursuivie. Si nous voulons dévoiler les mystères des exo-atmosphères circumbinaires de type Tatooine, le système TOI-1338/BEBOP-1 offre un nouvel espoir », écrivent les auteurs dans leur article.
