Les astronomes ont peut-être découvert une planète dans une autre galaxie

Les astronomes ont peut-être découvert une planète dans une autre galaxie
Illustration du système d'exoplanètes extragalactiques

Les astronomes ont 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

En utilisant le XMM-Newton de l’ESA et Nasatélescopes spatiaux à rayons X Chandra, les astronomes ont franchi une étape importante dans leur quête pour trouver une planète en dehors de la voie Lactée.

Repérer une planète dans une autre galaxie est difficile, et même si les astronomes savent qu’elles devraient exister, aucun système planétaire en dehors de la Voie lactée n’a été confirmé jusqu’à présent. Parce que la lumière d’une autre galaxie est concentrée dans une zone minuscule du ciel, il est très difficile pour les télescopes de distinguer une étoile d’une autre, sans parler d’une planète en orbite autour d’elles. Et les techniques habituelles pour trouver des exoplanètes dans notre galaxie ne fonctionnent pas aussi bien pour les planètes en dehors de celle-ci.

XMM-Newton M51

Cette image montre la galaxie Whirlpool (M51) vue aux longueurs d’onde des rayons X par l’observatoire de rayons X XMM-Newton de l’ESA. Crédit : ESA

Ceci est différent lorsque l’on étudie les rayons X, au lieu de la lumière visible, dans une galaxie. Parce qu’il y a moins d’objets qui brillent dans la lumière des rayons X, un télescope à rayons X comme le XMM de l’ESA peut plus facilement distinguer les objets lors de l’observation d’une galaxie. Ces objets sont donc plus faciles à identifier et à étudier, et il pourrait être possible de trouver une planète autour d’eux.

Certains des objets les plus brillants qui peuvent être étudiés dans les galaxies externes sont les binaires à rayons X. Ils se composent d’un objet très compact – un étoile à neutrons ou trou noir – c’est manger du matériel d’un compagnon, ou « donneur », étoile en orbite autour d’elle. Le matériau qui tombe est accéléré par le champ gravitationnel intense de l’étoile à neutrons ou du trou noir et chauffé à des millions de degrés, produisant beaucoup de rayons X brillants. Les astronomes s’attendent à ce que théoriquement, les planètes passant devant (transitant) une telle source bloqueraient ces rayons X, provoquant une baisse de la courbe de lumière des rayons X observée.

« Les binaires à rayons X peuvent être des endroits idéaux pour rechercher des planètes, car, bien qu’elles soient un million de fois plus lumineuses que notre Soleil, les rayons X proviennent d’une très petite région. En fait, la source que nous avons étudiée est plus petite que Jupiter, de sorte qu’une planète en transit pourrait bloquer complètement la lumière du binaire de rayons X », explique Rosanne Di Stefano du Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian aux États-Unis, et premier auteur d’une nouvelle étude publiée dans Nature Astronomy aujourd’hui.

Composite M51 étiqueté

Une image composite de M51 avec des 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

Rosanne et ses collègues ont recherché dans Chandra et XMM-Newton les données de trois galaxies pour de tels transits de rayons X, des creux de lumière qui pourraient être expliqués par des planètes. Et ils ont trouvé un signal très spécial dans la galaxie Whirlpool (M51) qu’ils ont décidé d’étudier plus en détail. Le creux s’est produit dans le binaire à rayons X M51-ULS-1 et a complètement bloqué le signal pendant quelques heures, avant qu’il ne revienne à nouveau.

Maintenant, le jeu consistant à rayer soigneusement les explications possibles a commencé, avant même que les chercheurs ne puissent envisager l’option d’une planète extragalactique. «Nous devions d’abord nous assurer que le signal n’était pas causé par autre chose», explique Rosanne, dont l’équipe conteste un certain nombre de possibilités dans leur nouvelle publication. “Nous l’avons fait en analysant en profondeur le creux des rayons X dans les données Chandra, en analysant d’autres creux et signaux dans les données XMM, et en modélisant également les creux causés par d’autres événements possibles, y compris une planète.”

Infographie d'une planète dans une autre galaxie

Infographie : Une planète dans une autre galaxie. Crédit : ESA

Le creux des rayons X pourrait-il être causé par de petites étoiles comme une naine brune ou rouge ? Non, disent-ils, le système est trop jeune pour cela et l’objet en transit est trop gros.

Serait-ce un nuage de gaz et de poussière ? Peu probable, selon l’équipe, car le pendage indique un objet en transit avec une surface bien définie, ce qui ne serait pas le cas pour un nuage qui passe. Même si la planète avait une atmosphère, elle aurait quand même une surface plus bien définie qu’un nuage.

Le creux pourrait-il s’expliquer par des variations de luminosité de la source elle-même ? Les auteurs de l’article sont convaincus que ce n’est pas le cas, car bien que la lumière de la source ait complètement disparu pendant quelques heures avant de revenir, la température et les couleurs de la lumière sont restées les mêmes.

Enfin, l’équipe a également comparé le creux à un autre blocage de la lumière causé par l’étoile « donneuse » passant devant l’étoile compacte. Cela a été en partie observé par XMM-Newton et a provoqué un black-out beaucoup plus long, différent du creux causé par une éventuelle planète.

“Nous avons fait des simulations informatiques pour voir si le pendage a les caractéristiques d’une planète en transit, et nous trouvons qu’il s’adapte parfaitement. Nous sommes assez convaincus que ce n’est rien d’autre et que nous avons trouvé notre première planète candidate en dehors de la Voie lactée », ajoute Rosanne.

L’équipe spécule également sur les caractéristiques de la planète sur la base de leurs observations : ce serait la taille de Saturne, en orbite autour du système stellaire binaire à des dizaines de fois la distance Terre-Soleil. Il ferait une orbite complète environ tous les 70 ans et serait bombardé de quantités extrêmes de rayonnement, le rendant inhabitable par la vie telle que nous la connaissons sur Terre.

Cette longue orbite de la planète candidate est également une limite pour l’étude, car l’événement ne peut pas se répéter de si tôt. C’est pourquoi l’équipe reste prudente en disant qu’elle a trouvé une planète candidate possible, pour laquelle la communauté au sens large pourrait trouver d’autres explications, bien qu’elle n’ait pas été trouvée après des recherches minutieuses par l’équipe. “Nous pouvons seulement dire avec confiance que cela ne correspond à aucune de nos autres explications”, précise Rosanne.

Pourtant, il s’agit d’un pas en avant passionnant dans la quête d’une planète en dehors de la Voie lactée. C’est la première planète candidate qui orbiterait autour d’un système hôte connu, par rapport aux candidats trouvés avec des lentilles gravitationnelles. Ce serait également la première fois qu’une planète est découverte en orbite autour d’un binaire de rayons X. L’existence de ces planètes est cohérente avec le fait que des planètes se trouvent autour de pulsars (étoiles à neutrons à rotation rapide), et certains de ces pulsars ont fait partie d’un binaire de rayons X dans le passé.

« La première planète confirmée en dehors de notre système solaire a été trouvé autour d’un pulsar, un objet généralement observé dans les rayons X. Je suis ravi que les rayons X jouent désormais également un rôle important dans la recherche de planètes au-delà de la frontière de notre galaxie », déclare Norbert Schartel, scientifique du projet XMM-Newton pour l’ESA.

“Maintenant que nous avons cette nouvelle méthode pour trouver des planètes candidates possibles dans d’autres galaxies, notre espoir est qu’en examinant toutes les données de rayons X disponibles dans les archives, nous en trouvions beaucoup plus. À l’avenir, nous pourrions même être en mesure de confirmer leur existence », explique Rosanne.

Pour en savoir plus sur cette découverte :

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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