La planète nouvellement découverte est relativement proche de son étoile, à une distance d’environ 1,5 million de kilomètres seulement. Crédit : NASA, ESA et G. Bacon
Un « ultrahot Jupiter” a l’orbite la plus courte de toutes les géantes gazeuses connues.
La chasse aux planètes au-delà de notre système solaire a révélé plus de 4 000 mondes lointains, en orbite autour d’étoiles à des milliers d’années-lumière de la Terre. Ces planètes extrasolaires sont une véritable ménagerie, des super-Terres rocheuses et des Neptunes miniatures aux géantes gazeuses colossales.
Parmi les planètes les plus déconcertantes découvertes à ce jour figurent les « Jupiters chauds » – des boules de gaz massives qui ont à peu près la taille de notre propre planète jovienne, mais qui tournent autour de leurs étoiles en moins de 10 jours, contrairement à l’orbite de 12 ans de Jupiter. . Les scientifiques ont découvert environ 400 Jupiters chauds à ce jour. Mais exactement comment ces tourbillons de poids sont apparus reste l’un des plus grands mystères non résolus de la science planétaire.
Maintenant, les astronomes ont découvert l’un des Jupiters ultrachauds les plus extrêmes – une géante gazeuse qui est environ cinq fois la masse de Jupiter et qui tourne autour de son étoile en seulement 16 heures. L’orbite de la planète est la plus courte de toutes les géantes gazeuses connues à ce jour.
En raison de son orbite extrêmement étroite et de sa proximité avec son étoile, le côté jour de la planète est estimé à environ 3 500 Kelvin, soit près de 6 000 degrés. Fahrenheit – à peu près aussi chaud qu’une petite étoile. Cela fait de la planète, désignée TOI-2109b, la deuxième plus chaude détectée à ce jour.
Illustration d’un artiste d’un Jupiter chaud en orbite près de son étoile hôte. Crédit : NASA, ESA et L. Hustak (STScI)
À en juger par ses propriétés, les astronomes pensent que TOI-2109b est en train de « désintégration orbitale », ou de spirale dans son étoile, comme l’eau du bain encerclant le drain. Son orbite extrêmement courte devrait entraîner une spirale de la planète vers son étoile plus rapidement que les autres Jupiters chauds.
La découverte, qui a été faite initialement par NasaSatellite d’étude des exoplanètes en transit (ESSAI), un AVEC-menée, présente une opportunité unique pour les astronomes d’étudier comment les planètes se comportent lorsqu’elles sont attirées et avalées par leur étoile.
« Dans un ou deux ans, si nous avons de la chance, nous pourrons peut-être détecter comment la planète se rapproche de son étoile », explique Ian Wong, auteur principal de la découverte, qui était post-doctorant au MIT pendant l’étude et a depuis transféré au Goddard Space Flight Center de la NASA. « De notre vivant, nous ne verrons pas la planète tomber dans son étoile. Mais donnez-lui encore 10 millions d’années, et cette planète pourrait ne pas être là.
La découverte est signalée le 23 novembre 2021, dans le Journal astronomique et est le résultat du travail d’une grande collaboration qui comprenait des membres de l’équipe scientifique TESS du MIT et des chercheurs du monde entier.
Voie de transit
Le 13 mai 2020, le satellite TESS de la NASA a commencé à observer TOI-2109, une étoile située dans la partie sud de la constellation d’Hercule, à environ 855 années-lumière de la Terre. L’étoile a été identifiée par la mission comme le 2 109e « objet d’intérêt TESS », pour la possibilité qu’elle pourrait héberger une planète en orbite.
Pendant près d’un mois, le vaisseau spatial a collecté des mesures de la lumière de l’étoile, que l’équipe scientifique de TESS a ensuite analysées pour les transits – des baisses périodiques de la lumière des étoiles qui pourraient indiquer une planète passant devant et bloquant brièvement une petite fraction de la lumière de l’étoile. Les données de TESS ont confirmé que l’étoile héberge en effet un objet qui transite environ toutes les 16 heures.
La lumière des étoiles de TOI-2109 mesurée par TESS, montrant des baisses périodiques de luminosité dues à la planète en transit se produisant toutes les 16 heures. Crédit : Avec l’aimable autorisation des chercheurs
L’équipe a informé la communauté astronomique au sens large, et peu de temps après, plusieurs télescopes au sol ont effectué un suivi au cours de l’année suivante pour observer l’étoile de plus près sur une gamme de bandes de fréquences. Ces observations, combinées à la détection initiale de TESS, ont confirmé l’objet en transit comme une planète en orbite, qui a été désignée TOI-2109b.
“Tout était cohérent avec le fait qu’il s’agissait d’une planète, et nous avons réalisé que nous avions quelque chose de très intéressant et de relativement rare », explique le co-auteur de l’étude Avi Shporer, chercheur à l’Institut Kavli d’astrophysique et de recherche spatiale du MIT.
Jour et nuit
En analysant les mesures sur diverses longueurs d’onde optiques et infrarouges, l’équipe a déterminé que TOI-2109b est environ cinq fois plus massif que Jupiter, environ 35% plus grand et extrêmement proche de son étoile, à une distance d’environ 1,5 million de kilomètres. Mercure, en comparaison, est à environ 36 millions de kilomètres du Soleil.
L’étoile de la planète est environ 50 % plus grande en taille et en masse que notre Soleil. À partir des propriétés observées du système, les chercheurs ont estimé que TOI-2109b se dirigeait vers son étoile à une vitesse de 10 à 750 millisecondes par an, soit plus rapidement que n’importe quel Jupiter chaud jamais observé.
Compte tenu des dimensions de la planète et de la proximité de son étoile, les chercheurs ont déterminé que TOI-2109b était un Jupiter ultra chaud, avec l’orbite la plus courte de toutes les géantes gazeuses connues. Comme la plupart des Jupiters chauds, la planète semble verrouillée par les marées, avec un côté jour et nuit perpétuel, semblable à la Lune par rapport à la Terre. À partir des observations TESS d’un mois, l’équipe a pu observer la luminosité variable de la planète alors qu’elle tourne autour de son axe. En observant la planète passer derrière son étoile (appelée éclipse secondaire) aux longueurs d’onde optiques et infrarouges, les chercheurs ont estimé que le côté jour atteignait des températures de plus de 3 500 Kelvin.
« Pendant ce temps, la luminosité du côté nuit de la planète est inférieure à la sensibilité des données TESS, ce qui soulève des questions sur ce qui s’y passe réellement », explique Shporer. « La température y est-elle très froide ou la planète prend-elle de la chaleur du côté jour et la transfère-t-elle du côté nuit ? Nous sommes au début d’essayer de répondre à cette question pour ces Jupiters ultrachauds.
Les chercheurs espèrent observer TOI-2109b avec des outils plus puissants dans un proche avenir, y compris le Le télescope spatial Hubble et le lancement imminent Télescope spatial James Webb. Des observations plus détaillées pourraient éclairer les conditions que subissent les Jupiters chauds lorsqu’ils tombent dans leur étoile.
« Les Jupiter ultra-chauds tels que TOI-2109b constituent la sous-classe la plus extrême de exoplanète“, dit Wong. “Nous venons tout juste de commencer à comprendre certains des processus physiques et chimiques uniques qui se produisent dans leurs atmosphères – des processus qui n’ont pas d’analogues dans notre propre système solaire.”
Les observations futures de TOI-2109b pourraient également révéler des indices sur la façon dont de tels systèmes vertigineux sont apparus en premier lieu. « Depuis le début de la science exoplanétaire, les Jupiters chauds ont été considérés comme des excentriques », explique Shporer. « Comment une planète aussi massive et grande que Jupiter atteint-elle une orbite qui ne dure que quelques jours ? Nous n’avons rien de tel dans notre système solaire, et nous voyons cela comme une opportunité de les étudier et d’aider à expliquer leur existence.
Référence : « TOI-2109 : An Ultrahot Gas Giant on a 16 hr Orbit » par Ian Wong, Avi Shporer, George Zhou, Daniel Kitzmann, Thaddeus D. Komacek, Xianyu Tan, René Tronsgaard, Lars A. Buchhave, Shreyas Vissapragada, Michael Greklek-McKeon, Joseph E. Rodriguez, John P. Ahlers, Samuel N. Quinn, Elise Furlan, Steve B. Howell, Allyson Bieryla, Kevin Heng, Heather A. Knutson, Karen A. Collins, Kim K. McLeod, Perry Berlind , Peyton Brown, Michael L. Calkins, Jerome P. de Leon, Emma Esparza-Borges, Gilbert A. Esquerdo, Akihiko Fukui, Tianjun Gan, Eric Girardin, Crystal L. Gnilka, Masahiro Ikoma, Eric LN Jensen, John Kielkopf, Takanori Kodama, Seiya Kurita, Kathryn V. Lester, Pablo Lewin, Giuseppe Marino, Felipe Murgas, Norio Narita, Enric Pallé, Richard P. Schwarz, Keivan G. Stassun, Motohide Tamura, Noriharu Watanabe, Björn Benneke, George R. Ricker, David W. Latham, Roland Vanderspek, Sara Seager, Joshua N. Winn, Jon M. Jenkins, Douglas A. Caldwell, William Fong, Chelsea X. Huang, Ismael Mireles, Jo shua E. Schlieder, Bernie Shiao et Jesus Noel Villaseñor, 23 novembre 2021, Journal astronomique.
DOI : 10.3847 / 1538-3881 / ac26bd
Cette recherche a été soutenue, en partie, par la NASA.
