Les astronomes ont trouvé des preuves d’une possible planète candidate dans la galaxie M51 (“Whirlpool”), représentant ce qui pourrait être la première planète détectée en dehors de la Voie lactée. Chandra a détecté l’atténuation temporaire des rayons X d’un système où une étoile massive est en orbite autour d’une étoile à neutrons ou d’un trou noir (montré dans l’illustration de l’artiste). Cette gradation est interprétée comme étant une planète qui est passée devant une source de rayons X autour de l’étoile à neutrons ou du trou noir. Crédit : NASA/CXC/M. Weiss
Jusqu’à présent, les astronomes ont trouvé toutes les autres exoplanètes connues et exoplanète candidats dans le voie Lactée galaxie, presque tous à moins de 3 000 années-lumière de la Terre.
Les signes d’une planète transitant par une étoile en dehors de la Voie lactée ont peut-être été détectés pour la première fois. Ce résultat intrigant, en utilisant NasaL’observatoire à rayons X Chandra de Chandra ouvre une nouvelle fenêtre pour rechercher des exoplanètes à des distances plus grandes que jamais.
L’exoplanète candidate possible est située dans la galaxie spirale Messier 51 (M51), également appelée galaxie Whirlpool en raison de son profil distinctif.
Les exoplanètes sont définies comme des planètes en dehors de notre système solaire. Jusqu’à présent, les astronomes ont trouvé toutes les autres exoplanètes et candidats exoplanètes connus dans la galaxie de la Voie lactée, presque toutes à moins de 3 000 années-lumière de la Terre. Une exoplanète de M51 serait à environ 28 millions d’années-lumière, ce qui signifie qu’elle serait des milliers de fois plus éloignée que celles de la Voie lactée.
Une image composite de M51 avec les rayons X de Chandra et la lumière optique du télescope spatial Hubble de la NASA. Crédit : Rayons X : NASA/CXC/SAO/R. DiStefano, et al.; Optique : NASA/ESA/STScI/Grendler
“Nous essayons d’ouvrir une toute nouvelle arène pour trouver d’autres mondes en recherchant des planètes candidates aux longueurs d’onde des rayons X, une stratégie qui permet de les découvrir dans d’autres galaxies”, a déclaré Rosanne Di Stefano du Center for Astrophysics | Harvard et Smithsonian (CfA) à Cambridge, Massachusetts, qui a dirigé l’étude, qui a été publiée le 25 octobre 2021, dans Astronomie de la nature.
Ce nouveau résultat est basé sur les transits, événements dans lesquels le passage d’une planète devant une étoile bloque une partie de la lumière de l’étoile et produit un pendage caractéristique. Les astronomes utilisant à la fois des télescopes au sol et dans l’espace – comme ceux de la NASA Kepler et ESSAI missions – ont recherché des creux dans la lumière optique, le rayonnement électromagnétique que les humains peuvent voir, permettant la découverte de milliers de planètes.
Une image composite de M51 avec les rayons X de Chandra et la lumière optique du télescope spatial Hubble de la NASA contient une boîte qui marque l’emplacement de la planète candidate possible. Crédit : Rayons X : NASA/CXC/SAO/R. DiStefano, et al.; Optique : NASA/ESA/STScI/Grendler
Di Stefano et ses collègues ont plutôt recherché des baisses de luminosité des rayons X reçus des binaires X-ray lumineux. Ces systèmes lumineux contiennent généralement un étoile à neutrons ou trou noir en tirant du gaz d’une étoile compagne en orbite étroite. Le matériau près de l’étoile à neutrons ou du trou noir devient surchauffé et brille aux rayons X.
Parce que la région produisant des rayons X brillants est petite, une planète passant devant elle pourrait bloquer la plupart ou la totalité des rayons X, rendant le transit plus facile à repérer car les rayons X peuvent complètement disparaître. Cela pourrait permettre de détecter des exoplanètes à des distances beaucoup plus grandes que les études actuelles sur le transit optique de la lumière, qui doivent être capables de détecter de minuscules diminutions de lumière car la planète ne bloque qu’une infime fraction de l’étoile.
L’équipe a utilisé cette méthode pour détecter l’exoplanète candidate dans un système binaire appelé M51-ULS-1, situé dans M51. Ce système binaire contient un trou noir ou une étoile à neutrons en orbite autour d’une étoile compagne dont la masse est environ 20 fois celle du Soleil. Le transit de rayons X qu’ils ont trouvé à l’aide des données de Chandra a duré environ trois heures, au cours desquelles l’émission de rayons X a diminué jusqu’à zéro. Sur la base de ces informations et d’autres, les chercheurs estiment que l’exoplanète candidate dans M51-ULS-1 aurait à peu près la taille de Saturne, et orbitent autour de l’étoile à neutrons ou du trou noir à environ deux fois la distance de Saturne au Soleil.
Bien qu’il s’agisse d’une étude alléchante, davantage de données seraient nécessaires pour vérifier l’interprétation en tant qu’exoplanète extragalactique. L’un des défis est que la grande orbite de la planète candidate signifie qu’elle ne se croisera plus devant son partenaire binaire avant environ 70 ans, contrecarrant toute tentative d’observation de confirmation pendant des décennies.
“Malheureusement, pour confirmer que nous voyons une planète, nous devrons probablement attendre des décennies pour voir un autre transit”, a déclaré la co-auteure Nia Imara de l’Université de Californie à Santa Cruz. “Et en raison des incertitudes sur le temps qu’il faut pour orbiter, nous ne saurions pas exactement quand regarder.”
Orbites possibles. Crédit : NASA/CXC/M. Weiss
La gradation peut-elle avoir été causée par un nuage de gaz et de poussière passant devant la source de rayons X ? Les chercheurs considèrent qu’il s’agit d’une explication peu probable, car les caractéristiques de l’événement observé dans M51-ULS-1 ne sont pas cohérentes avec le passage d’un tel nuage. Le modèle d’une planète candidate est cependant cohérent avec les données.
“Nous savons que nous faisons une affirmation passionnante et audacieuse, nous nous attendons donc à ce que d’autres astronomes l’examinent très attentivement”, a déclaré la co-auteur Julia Berndtsson de université de Princeton dans le New Jersey. “Nous pensons que nous avons un argument solide, et ce processus est la façon dont la science fonctionne.”
L’animation de cet artiste dépeint la détection possible d’une planète candidate dans un système double dans la galaxie M51 (« Whirlpool »). La vue commence à l’extérieur de la galaxie, puis se déplace dans l’amas d’étoiles contenant le système binaire appelé M51-ULS. Celui-ci contient soit une étoile à neutrons, soit un trou noir en orbite avec une étoile d’environ 20 à 30 fois la masse du Soleil (grande étoile bleue). L’étoile à neutrons ou le trou noir tire de la matière de son étoile compagne, créant un disque de matière qui brille aux rayons X (rouge, orange et jaune). Crédit : NASA/CXC/A. Hobart
Si une planète existe dans ce système, elle a probablement eu une histoire tumultueuse et un passé violent. Une exoplanète du système aurait dû survivre à une explosion de supernova qui a créé l’étoile à neutrons ou le trou noir. L’avenir peut aussi être dangereux. À un moment donné, l’étoile compagne pourrait également exploser en tant que supernova et faire exploser à nouveau la planète avec des niveaux de rayonnement extrêmement élevés.
Di Stefano et ses collègues ont recherché des transits de rayons X dans trois galaxies au-delà de la Voie lactée, en utilisant à la fois Chandra et le XMM-Newton de l’Agence spatiale européenne. Leur recherche a couvert 55 systèmes dans M51, 64 systèmes dans Messier 101 (la galaxie « Pinwheel ») et 119 systèmes dans Messier 104 (la galaxie « Sombrero »), résultant en la seule exoplanète candidate décrite ici.
L’animation de cet artiste dépeint la détection possible d’une planète candidate dans un système double dans la galaxie M51 (« Whirlpool ») appelé M51-ULS. Ce système contient soit une étoile à neutrons, soit un trou noir en orbite avec une étoile environ 20 à 30 fois la masse du Soleil (grande étoile bleue). L’étoile à neutrons ou le trou noir tire de la matière de son étoile compagne, créant un disque de matière qui brille aux rayons X (rouge, orange et jaune). Crédit : NASA/CXC/A. Hobart
Les auteurs rechercheront dans les archives de Chandra et de XMM-Newton d’autres exoplanètes candidates dans d’autres galaxies. D’importants ensembles de données Chandra sont disponibles pour au moins 20 galaxies, dont certaines comme M31 et M33 qui sont beaucoup plus proches que M51, permettant de détecter des transits plus courts. Un autre axe de recherche intéressant consiste à rechercher des transits de rayons X dans les sources de rayons X de la Voie lactée pour découvrir de nouvelles planètes proches dans des environnements inhabituels.
Pour en savoir plus sur cette découverte, lisez Première preuve d’une planète possible en dehors de la Voie lactée.
Référence : « A possible planet candidate in an external galaxy detected through X-ray transit » par Rosanne Di Stefano, Julia Berndtsson, Ryan Urquhart, Roberto Soria, Vinay L. Kashyap, Theron W. Carmichael et Nia Imara, 25 octobre 2021, Astronomie de la nature.
DOI : 10.1038/s41550-021-01495-w
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Les autres auteurs de ce Astronomie de la nature sont Ryan Urquhart (Michigan State University), Roberto Soria (Université de l’Académie chinoise des sciences), Vinay Kashap (CfA) et Theron Carmichael (CfA). Le Marshall Space Flight Center de la NASA gère le programme Chandra. Le centre de rayons X Chandra du Smithsonian Astrophysical Observatory contrôle la science depuis Cambridge dans le Massachusetts et les opérations aériennes depuis Burlington, dans le Massachusetts.
