Africa-Press – Guinee Bissau. A 100 années-lumière de là, dans la constellation de la Chevelure de Bérénice, l’étoile HD110067 est entourée d’un système planétaire dont les astronomes ont mis du temps à comprendre le fonctionnement. Initialement découvert par le télescope spatial TESS de la Nasa, le chasseur d’exoplanètes aux innombrables trophées, ils ont eu besoin des lumières d’un autre instrument en orbite, le satellite Cheops de l’Agence spatiale européenne, pour résoudre l’organisation des corps de ce système. Et les résultats indiquent qu’ils sont tombés sur quelque chose de très rare qui ouvre de passionnantes possibilités d’étude pour comprendre la formation des planètes de type sous-Neptune.
Des planètes qui se dévoilent
En 2020, TESS a détecté des baisses de luminosité de HD110067 qui indiquait qu’une ou des planètes transitaient devant elle. Une analyse préliminaire a permis de suspecter la présence de deux corps dont le premier avait une orbite de 5,642 jours tandis que celle de l’autre n’a pu être précisé. Deux ans plus tard, TESS a observé la même étoile mais les nouvelles données invalidaient les estimations précédentes, même si elles plaidaient toujours en faveur de l’existence de deux exoplanètes.
“C’est à ce moment-là que nous avons décidé d’utiliser Cheops. Nous sommes allés à la pêche aux signaux parmi toutes les périodes potentielles que ces planètes auraient pu avoir” explique, lors d’une conférence de presse en ligne, Rafael Luque, de l’Université de Chicago (Etats-Unis). Une initiative couronnée de succès puisque Cheops a permis de confirmer l’existence des deux planètes et d’en détecter une troisième. Surtout, la durée des périodes de ces trois astres a révélé qu’ils étaient pris dans les filets d’une chaîne de résonance orbitale. Une clé qui a permis de déverrouiller l’intégralité du système dont la présentation fait l’objet d’une publication dans la revue Nature.
Un système en résonance
On parle de chaîne de résonance lorsque plusieurs planètes se retrouvent périodiquement dans la même configuration après avoir effectué un nombre d’orbites potentiellement différent. Par exemple, dans le cas d’une résonance 2:1, la planète interne d’un système évoluant ainsi effectuerait exactement deux tours pendant que la planète externe en fait exactement un.
Un tel phénomène s’observe dans le système solaire avec trois des lunes de Jupiter : Io, Europe et Ganymède. Quand Io, la plus proche de la géante, effectue quatre orbites, Europe en boucle deux et Ganymède, la plus éloignée, en achève une. On dit qu’elles sont en résonance 4:2:1. D’autres systèmes stellaires évoluent aussi selon des résonances orbitales comme WASP-148 avec deux exoplanètes dans une configuration 4:1 ou TOI-178 au sein duquel cinq planètes sur six (hormis la planète la plus proche) sont dans une chaîne de résonance de type 18:9:6:4:3.
Dans le système HD110067, la plus éloignée des trois planètes observées par Cheops, HD110067 d, met 20,519 jours pour faire le tour de son étoile. Soit presque exactement 1,5 fois le temps que met la seconde planète (c) à orbiter (13,673 jours). Et elle-même à une période orbitale 1,5 fois plus longue que la planète la plus proche (b) dont l’année dure 9,114 jours. Dit autrement : la planète b accomplit trois orbites quand la planète c en fait deux et pareillement c en fait trois quand d en fait deux. C’est une résonance de type 3:2. “Cheops nous a donné cette configuration résonante qui nous a permis de prédire toutes les autres périodes. Sans cette détection de Cheops, cela aurait été impossible”, explique Rafael Luque.
Ainsi, grâce au décryptage de cette chaîne de résonance, les chercheurs ont pu identifier trois nouvelles planètes (e, f et g) avec des résonances de 3:2, 4:3 et 4:3. Elles ont des périodes orbitales de respectivement 30,793, 41,058 et 54,769 jours. “C’est une golden target qui ressemble quasi exactement à nos modèles d’organisation des planètes quand le disque protoplanétaire vient tout juste de se dissiper. C’est formidable d’avoir découvert cela”, se réjouit Adrien Leleu, de l’Université de Genève.
Un milliard d’années de tranquillité
Si les jeunes planètes ont tendance à se former en respectant une chaîne de résonance, leur rythme peut facilement être dérangé par des évènements qui se produisent dans leur système. La migration d’une grosse planète (comme Jupiter ou Saturne) vers le centre, le passage d’une étoile à proximité ou un impact géant sont autant de causes de perturbations à même de briser la chaîne de résonance. Ainsi, les astronomes connaissent beaucoup de systèmes où les planètes ont pu être un jour en résonance, mais qui ont connu un bouleversement et présentent désormais des orbites altérées.
Au final, les systèmes multi-planétaires préservant leur résonance sont rares. “Nous pensons qu’environ 1% seulement de tous les systèmes restent en résonance”, explique Rafael Luque. HD110067 est d’autant plus intéressant que son étoile n’est pas une jeune première : elle est âgée d’environ 1 milliard d’années. Cela reflète donc une longue période de tranquillité à l’intérieur de ce système, indispensable au maintien de cette résonance. “C’est quelque chose que nous devons étudier plus avant pour comprendre comment cette stabilité s’est maintenue au fil du temps” a-t-il ajouté.
“Un type de planète qui n’existe pas dans notre système solaire”
Les six planètes de ce système ont toutes un rayon supérieur à celui de la Terre et inférieur à celui de Neptune. Elles entrent donc dans la catégorie des sous-Neptunes. Au vu de leur densité, les astronomes estiment qu’elles possèdent sans doute un cœur solide (sûrement de fer) mais qui est entouré d’une vaste atmosphère d’hydrogène et d’hélium. “Un type de planète qui n’existe pas dans notre système solaire” précise Enric Palle, un des co-auteurs de l’étude. Ce qui en fait de bonnes candidates pour des observations ultérieures à l’aide du télescope James Webb de la Nasa, dont la précision permettra de déterminer la composition de ces atmosphères.
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