Astronomie

Quelle est la probabilité des systèmes de planètes triples?

Quelle est la probabilité des systèmes de planètes triples?

Est-il susceptible de découvrir un jour trois planètes de masse similaire tournant autour d'un barycentre commun, ou un tel système serait-il trop instable ? Un tel système de planète triple ressemblerait à un triangle de temps en temps.


Nouvelles de la NASA: des astronomes « clouent » la planète dans un système d'étoiles triples incroyablement rare

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La NASA découvre la « seconde terre » nommée Kepler-452B

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Les astronomes de la NASA ont nommé l'exoplanète lointaine KOi-5Ab après sa découverte initiale en 2009. KOi-5Ab n'était que la deuxième planète candidate trouvée par la mission Kepler de la NASA, mais son étude a été mise de côté alors que de plus en plus de données provenaient du télescope de chasse aux planètes. . Au moment où l'agence spatiale américaine a retiré la mission Kepler, le télescope a découvert près de 2 400 exoplanètes en orbite autour d'étoiles bien au-delà de notre système solaire, ainsi que 2 366 exoplanètes candidates supplémentaires.

Tendance

Selon David Ciardi, scientifique en chef de l'Exoplanet Science Institute de la NASA, KOi-5Ab a été initialement abandonné en raison du grand nombre de découvertes que Kepler a faites au cours de son exploitation de près de 10 ans.

Ces premiers relevés semblaient révéler un monde d'environ la moitié de la taille de Saturne dans un système composé de plusieurs étoiles.

Le Dr Ciardi a déclaré: "KOi-5Ab a été abandonné car c'était compliqué et nous avions des milliers de candidats.

"Il y avait des choix plus faciles que KOi-5Ab, et nous apprenions quelque chose de nouveau de Kepler chaque jour, de sorte que KOi-5Ab était presque oublié."

Nouvelles de la NASA : l'exoplanète a été repérée pour la première fois par le télescope Kepler en 2009 (Image : NASA)

Nouvelles de la NASA : la planète KOi-5Ab est dans un système avec trois étoiles en orbite (Image : NASA)

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Mais l'intérêt pour cette planète inhabituelle a été renouvelé grâce au Transiting Exoplanet Survey Satellite ou TESS de la NASA - le télescope spatial de chasse aux planètes de nouvelle génération.

TESS recherche des exoplanètes en observant les étoiles à la recherche de minuscules baisses de luminosité.

Avec un peu de chance, ces gouttes sont causées par des objets en transit - des planètes et des astéroïdes passant devant les étoiles.

Nous savons maintenant que KOi-5Ab se trouve à environ 1 800 années-lumière dans la constellation du Cygne.

Grâce au TESS et à de nombreux autres télescopes, le Dr Ciardi a déclaré que les astronomes avaient "ressuscité KOi-5Ab d'entre les morts".

Nouvelles de la NASA : le télescope Kepler a découvert des milliers de mondes dans l'espace lointain (Image : NASA)

Il a déclaré: "Bingo &ndash c'était là! Si TESS n'avait pas regardé la planète à nouveau, je ne serais jamais retourné et n'aurais pas fait tout ce travail de détective."

"Mais il a vraiment fallu beaucoup de détectives dans les données collectées à partir de nombreux télescopes différents pour enfin cerner cette planète."

La planète est très probablement une géante gazeuse comme notre Jupiter et Saturne.

Ce qui est inhabituel, cependant, c'est qu'il existe dans un système d'étoiles triples et a une orbite asymétrique par rapport aux étoiles.

Nouvelles de la NASA : la mission TESS recherche maintenant des exoplanètes lointaines (Image : NASA)

Nouvelles de la NASA : la Terre est toujours la seule planète où nous savons que la vie existe (Image : EXPRESS)

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Les systèmes à trois étoiles comme ceux-ci sont incroyablement rares et représentent environ 10 % de tous les systèmes stellaires connus.

Le Dr Ciardi a déclaré: "Nous ne connaissons pas de nombreuses planètes qui existent dans des systèmes à trois étoiles, et celle-ci est très spéciale car son orbite est asymétrique.

"Nous avons encore beaucoup de questions sur comment et quand les planètes peuvent se former dans des systèmes à étoiles multiples et comment leurs propriétés se comparent à celles des planètes dans des systèmes à une seule étoile."

À titre de comparaison, toutes les planètes de notre système solaire orbitent autour du Soleil dans presque le même plan.

Le Dr Ciardi espère que l'étude du KOi-5Ab aidera les astronomes à mieux comprendre les processus universels qui créent les planètes.

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La planète KOi-5Ab orbite autour d'une étoile semblable au Soleil KOi-5A, qui est associée à l'étoile compagnon KOi-5B.

KOi-5A et KOi-5B sont en orbite une fois tous les 30, et les deux étoiles sont en orbite autour d'une troisième étoile, KOi-5C, une fois tous les 400 ans.

Mais ce n'est pas la première fois que des astronomes rencontrent un partenariat aussi inhabituel dans les profondeurs de l'espace.

Le système d'étoiles triples GW Orionis est un autre exemple de planètes en orbite autour d'étoiles dans de multiples anneaux inclinés.


Le système à triple étoile comprend des anneaux de poussière formant des planètes mal alignés

Le réseau de radiotélescopes ALMA a capturé cette image d'un disque protoplanétaire autour de l'étoile GW Orionis. Trois anneaux anti-poussière sont clairement visibles avec la face de l'anneau la plus intérieure sur l'observateur. Les anneaux extérieurs apparaissent ovales car ils sont inclinés par rapport à l'anneau intérieur. Image : ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Bi et al., NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello

Les planètes en orbite autour d'étoiles simples comme le Soleil sont monnaie courante, et des dizaines de systèmes planétaires ont été trouvés autour d'étoiles doubles. Mais aucune planète confirmée n'a été vue à ce jour en orbite autour d'étoiles triples.

Pour étudier cette possibilité, les astronomes utilisant le grand réseau millimétrique/submillimétrique d'Atacama ont examiné un jeune système d'étoiles triples connu sous le nom de GW Orionis comportant deux étoiles à une unité astronomique à part la distance de la Terre au Soleil et un troisième compagnon huit fois plus loin.

Les observations ont révélé trois énormes anneaux de poussière 46, 188 et 336 au des étoiles centrales (ou comparaison, Neptune orbite autour du Soleil à une distance de 30 au). Les estimations de la quantité de poussière dans les anneaux sont de 75, 170 et 245 masses terrestres, suffisamment pour former les "graines" de planètes géantes.

Il s'avère que l'anneau le plus interne est fortement incliné par rapport aux deux anneaux externes.

L'instrument SPHERE de l'ESO sur le Very Large Telescope a imagé un disque protoplanétaire déformé autour d'un système d'étoiles triples connu sous le nom de GW Orionis (panneau de droite) comportant trois vastes anneaux de poussière. L'ombre projetée par l'anneau de poussière le plus mal aligné, s'étendant vers le bas à gauche, a permis aux chercheurs de comprendre la structure tridimensionnelle du système, illustrée dans une impression d'artiste à gauche. Image : ESO/L. Calçada, Exeter/Kraus et al.

"Nous avons été surpris de voir le fort désalignement de l'anneau intérieur", a déclaré Jiaqing Bi de l'Université de Victoria au Canada, chef d'une équipe qui a publié ses résultats dans The Astrophysical Journal Letters. "Mais l'étrange déformation du disque est confirmée par un motif tordu qu'ALMA a mesuré dans le gaz du disque."

Les simulations informatiques suggèrent que les interactions gravitationnelles entre les trois étoiles composant GW Orionis ne peuvent pas expliquer les anneaux mal alignés.

"Nous pensons que la présence d'une planète entre ces anneaux est nécessaire pour expliquer pourquoi le disque a été déchiré", a déclaré Nienke van der Marel, membre de l'équipe de l'Université de Victoria. "Cette planète a probablement creusé un trou de poussière et brisé le disque à l'emplacement des anneaux intérieur et extérieur actuels."

Des observations indépendantes sur 11 ans par une équipe dirigée par Stefan Kraus de l'Université d'Exeter, à l'aide du Very Large Telescope de l'Observatoire européen austral, montrent que l'anneau le plus intérieur projette une ombre sur les anneaux extérieurs. Cela les a aidés à cartographier la structure tridimensionnelle du système, suggérant que les trois étoiles pourraient être responsables du désalignement à elles seules, sans avoir besoin d'une planète invisible.

Une image composite de GW Orionis montre des anneaux de poussière observés par ALMA (bleu) superposés à une image proche infrarouge capturée par le Very Large Telescope de l'ESO (en orange). Image : ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), ESO/Exeter/Kraus et al.

Quoi qu'il en soit, GW Orionis en cours d'observations de GW Orionis fera la lumière sur la formation planétaire dans des environnements gravitationnels complexes.

« Toutes les planètes formées dans l'anneau mal aligné orbiteront autour de l'étoile sur des orbites très obliques et nous prédisons que de nombreuses planètes sur des orbites obliques et à grande séparation seront découvertes lors de futures campagnes d'imagerie planétaire », a déclaré Alexander Kreplin, membre de l'équipe de l'Université. d'Exeter.


Reprendre la piste

Après sa détection initiale par Kepler, Ciardi et d'autres chercheurs ont découvert la piste sur KOI-5Ab dans le cadre d'une cache de planètes candidates qu'ils suivaient. En utilisant les données de l'observatoire W. M. Keck à Hawaï, de l'observatoire Palomar de Caltech près de San Diego et de Gemini North à Hawaï, Ciardi et d'autres astronomes ont déterminé que KOI-5b semblait tourner autour d'une étoile dans un système à trois étoiles. Cependant, ils ne pouvaient toujours pas déterminer si le signal de la planète était en fait un problème erroné de l'une des deux autres étoiles, ou, si la planète était réelle, laquelle des étoiles elle était en orbite.

Puis, en 2018, TESS est arrivé. Comme Kepler, TESS recherche le clignotement de la lumière des étoiles qui se produit lorsqu'une planète passe devant ou transite par une étoile. TESS a observé une partie du champ de vision de Kepler, y compris le système KOI-5. Effectivement, TESS a également identifié KOI-5Ab comme une planète candidate, bien que TESS l'appelle TOI-1241b. Comme Kepler l'avait observé précédemment, TESS a découvert que la planète tournait autour de son étoile environ tous les cinq jours.

« Je me suis dit : « Je me souviens de cette cible », a déclaré Ciardi, après avoir vu les données du TESS. &ldquoMais nous pouvions toujours&rsquot déterminer avec certitude si la planète était réelle ou si le blip dans les données provenait d'une autre étoile du système &ndash, il aurait pu s'agir d'une quatrième étoile.&rdquo


Des systèmes d'exoplanètes étonnants

Certaines des découvertes d'exoplanètes vraiment remarquables à ce jour incluent des planètes qui orbitent autour d'une paire d'étoiles (oui, comme Tatooine dans Star Wars), sept exoplanètes du même système toutes plus proches de leur étoile que Mercure ne l'est de notre soleil, des planètes en évaporation et un naine brune avec des anneaux qui fait honte à Saturne.

Toutes ces découvertes ont nécessité beaucoup de modélisation et de collecte de données supplémentaires afin de comprendre les systèmes, mais l'un des systèmes d'exoplanètes les plus compliqués à ce jour a été annoncé en janvier 2020.

Kepler Object of Interest 5 (KOI-5) était l'un des premiers lots d'exoplanètes possibles envoyés par le télescope spatial Kepler en 2009. Mais les premières données de suivi ont rapidement montré que le système était compliqué par une étoile supplémentaire et un suivi étrange. jusqu'à observations. Les astronomes de la mission parcouraient joyeusement (et peut-être un peu frénétiquement) d'éventuelles découvertes d'exoplanètes, elles ont donc été mises de côté et les données ont été laissées dans les archives publiques. Le même système a été signalé à nouveau une décennie plus tard par TESS en tant qu'objet d'intérêt TESS (TOI-1241).

L'imagerie à haute résolution d'une équipe d'astronomes a été combinée avec des données de vitesse radiale de base plus longues d'une autre équipe et l'histoire a commencé à émerger : KOI-5 était un système à trois étoiles avec une exoplanète en orbite autour de l'une des étoiles. Cette découverte a été présentée lors de la réunion de l'American Astronomical Society en janvier 2021, et un article évalué par des pairs est à paraître.

J'ai utilisé diverses archives de données publiques pour les systèmes d'exoplanètes dans mes recherches et mon travail, et j'apprécie pleinement comment les politiques de données ouvertes maximisent les résultats de la recherche scientifique qui peuvent être accomplis avec chaque ensemble de données.

Le système d'étoiles triples KOI-5 avec son exoplanète nouvellement découverte. (Caltech/R. Hurt, Centre de traitement et d'analyse infrarouge) , Auteur fourni


Une exoplanète dans un système stellaire triple claque dans la zone habitable

Dans la course pour trouver la planète la plus étrange en orbite autour d'une autre étoile, nous avons peut-être un favori : GJ 667Cc, une super-Terre en orbite autour d'une étoile dans un système triple qui est en fait relativement proche. Et ah oui : il se trouve qu'il est juste au bon endroit pour être potentiellement habitable !

Bien sûr, j'ai quelques mises en garde, alors ne soyez pas trop excité. Mais c'est un truc bizarre et plutôt cool !

GJ 667 est un système stellaire triple qui se trouve juste dans notre arrière-cour au moment où ces choses se passent : il n'est qu'à environ 22 années-lumière, ce qui en fait l'un des systèmes stellaires les plus proches du ciel. Elle est composée de deux étoiles un peu plus petites et plus froides que le Soleil qui gravitent étroitement l'une autour de l'autre, et d'une troisième étoile plus petite en orbite autour de la paire à environ 35 milliards de km (20 milliards de miles). Les étoiles dans plusieurs systèmes reçoivent des lettres majuscules pour les distinguer, donc les deux dans le binaire sont GJ 667 A et B, et le troisième est GJ 667C.

Cette troisième étoile est la plus intéressante. C'est une naine M rouge froide avec environ un tiers du diamètre du Soleil. Plus faible aussi : il n'émet qu'environ 1% de la lumière du Soleil. Il a été étudié pendant des années pour rechercher des planètes autour de lui, et bien que certains signes aient été trouvés, cette nouvelle recherche est la première détection solide de planètes publiée.

Ils ont utilisé la méthode Doppler (parfois appelée méthode de la vitesse réflexive) : lorsque les planètes orbitent autour d'une étoile, leur gravité tire dessus. Nous ne pouvons généralement pas voir ce mouvement directement, mais un spectre peut révéler un décalage Doppler, similaire au changement de hauteur que vous entendez lorsqu'une voiture ou un train passe. Si le spectre a une résolution suffisamment élevée et que l'analyse est effectuée très soigneusement, vous pouvez en dire beaucoup en le mesurant. Vous pouvez obtenir la masse de la planète, sa période et même la forme de son orbite.

Dans ce cas, le spectre révèle que GJ 667C pourrait avoir quatre planètes ! Deux signaux très forts apparaissent avec des périodes de 7 et 28 jours, un troisième à 75 jours, et un possible changement de tendance dans le spectre qui pourrait indiquer une planète en orbite dans une période d'environ 20 ans.

C'est cette deuxième planète, GJ 667C avec une orbite de 28 jours qui est si intéressante. Sa masse est au moins 4,5 fois celle de la Terre, elle est donc lourde. Une orbite de 28 jours la place assez près de l'étoile mère – à environ 7 millions de kilomètres, ou moins de 5 millions de miles (Mercure est à 57 millions de km du Soleil, en comparaison). Mais rappelez-vous, GJ 667C est une ampoule très faible, donc être si proche signifie que la planète est en fait en plein milieu de la zone habitable de l'étoile ! La HZ est la distance à laquelle l'eau liquide pourrait exister sur une planète - elle dépend de la taille et de la température d'une étoile, ainsi que des caractéristiques de la planète. Une planète nuageuse peut mieux retenir la chaleur grâce à l'effet de serre, elle peut donc être plus éloignée de l'étoile tout en restant chaude, par exemple. Donc cette planète, si elle est rocheuse, pourrait avoir de l'eau liquide ! Bien sûr, nous ne savons rien de la planète elle-même, à l'exception de sa masse, et même c'est une limite inférieure, en raison de la physique de la façon dont elle est mesurée sur la base du spectre de l'étoile. Pourtant, nous pouvons utiliser ce numéro et jouer un peu. Vous pourriez penser que la masse lui donne une gravité écrasante plus élevée que la Terre. Mais attendez!

La gravité que vous ressentez debout à la surface d'une planète dépend de sa masse - doublez la masse et vous doublez la gravité - mais elle dépend aussi de la carré inversé de sa taille. Donc, si vous gardez la même masse mais que le rayon double, la gravité diminue d'un facteur 4. Donc si GJ 667Cc a 4,5 fois la masse de la Terre, mais est deux fois plus grand, la gravité à la surface pourrait être assez proche de la nôtre .

Mon point : ne jugez pas une planète par sa masse jusqu'à ce que vous connaissiez sa circonférence.

Bien sûr, nous ne savons pas non plus si cette planète a une atmosphère ou quelque chose comme ça. Il semble il devrait probablement avoir suffisamment de gravité pour retenir certains gaz. Et s'il y a une atmosphère, nous ne savons pas s'il y a de l'eau ou quelque chose comme ça.

Il y a donc beaucoup d'inconnues ici (c'est pourquoi je vous ai prévenu de ne pas trop vous exciter au départ), mais même ainsi, il y a des raisons d'espérer. Pourquoi?

Deux raisons. L'une est que ces petites étoiles naines rouges sont de loin les plus nombreuses de la galaxie. Elles sont plus nombreuses que les étoiles comme le Soleil de près de 10 à 1. Donc si celle-ci a une planète – et dans un système triple ! – alors il est probable que les planètes soient extrêmement communes dans la galaxie. Nous obtenons cela de beaucoup d'études différentes, mais il est agréable de voir que cela corresponde ici aussi.

Deuxièmement, rappelez-vous, c'est tout près (pas que nous y allons de sitôt, mais quand même). 20 années-lumière, ce n'est rien comparé au diamètre de 100 000 années-lumière de notre galaxie. Juste par hasard, avoir une planète même à distance semblable à la Terre à cette distance implique qu'il y en a des milliards d'autres dans notre seule galaxie !

Troisièmement, ces étoiles sont déficientes en éléments lourds. Le spectre de GJ 667C révèle qu'il contient beaucoup moins d'oxygène et de fer que le Soleil. Des études ont montré que des étoiles comme celle-ci sont moins susceptibles d'avoir des planètes que des étoiles comme le Soleil, qui sont riches en éléments. Peut-être que nous avons eu de la chance qu'une étoile déficiente proche ait des planètes, ou peut-être que les travaux antérieurs sont un peu décalés et que des étoiles comme celle-ci ont des planètes. Quoi qu'il en soit, cela implique à nouveau que les planètes sont extrêmement abondantes dans la galaxie.

Donc, peu importe comment vous le regardez, c'est une bonne nouvelle. Et c'est un pas de plus vers le grand objectif de l'astronomie des exoplanètes : trouver une autre Terre. Ce jour approche. Peut-être même bientôt.

Crédits image : G. Anglada-Escudé utilisant le programme Celestia G. Anglada-Escudé/DSS.


Une planète extraterrestre orbite dans un système à trois étoiles… et nous avons des photos

Les astronomes ont découvert une planète vraiment remarquable. Appelé HD 131399Ab, * c'est dans un système d'étoiles triples : il orbite autour d'une étoile autour d'une autre paire binaire d'étoiles !

Je sais, je sais : des photos ou ce n'est pas arrivé, non ?

Wagner, et al., à partir de l'article

Oui, ce sont images réelles de la planète ! Les cadres AD montrent la planète (étiquetée "b") à différentes longueurs d'onde infrarouges, avec la position de l'étoile primaire marquée par un réticule (la lumière de l'étoile a été supprimée à l'aide de diverses techniques d'observation et de traitement pour mieux voir la planète), et le panneau plus grand E est un composite montrant l'étoile, la planète et le binaire.

Il se passe beaucoup de choses très intéressantes ici, alors laissez-moi vous expliquer.

Dans son ensemble, le système stellaire s'appelle HD 131399, et c'est ce qu'on appelle un triple hiérarchique : deux étoiles en orbite l'une autour de l'autre dans une paire binaire, qui à son tour orbite autour d'une autre étoile. L'étoile primaire la plus massive s'appelle HD 131399A et est plus chaude et plus massive (environ 1,8 fois plus) que le Soleil. Le binaire est composé d'une étoile très semblable au Soleil et d'une autre étoile plus froide, plus rouge et moins massive (0,6 fois la masse du Soleil). Le binaire est assez éloigné, en orbite autour du primaire à une distance d'environ 40 à 60 milliards de kilomètres. C'est environ 10 fois la distance de Pluton au Soleil, pour vous donner une idée de l'échelle.

Le système fait partie d'un amas lâche d'étoiles appelé association située à environ 300 années-lumière de la Terre. C'est important : nous savons, en étudiant ces étoiles, que l'association est jeune, probablement âgée d'environ 16 millions d'années. Pourquoi est-ce important ? Parce que lorsque les planètes se forment pour la première fois, elles sont très chaudes et il leur faut beaucoup de temps pour se refroidir. Plus une planète est massive, plus cela prend de temps.

La lumière émise par une planète chaude dépend de sa température, et comme je l'ai dit, cela dépend de sa masse et de son âge. Nous connaissons l'âge, donc en examinant la lumière de la planète, sa masse peut être dérivée. Dans ce cas, les astronomes ont découvert que la planète avait une masse d'environ quatre fois celle de Jupiter ! Bien que ce soit grand, c'est très fermement dans la gamme de masse planétaire (même si la planète est plus ancienne, et donc plus massive, il est toujours très probable qu'il s'agisse d'une planète et non d'une étoile de faible masse ou d'une naine brune).

Alors, comment savent-ils qu'il est en orbite autour de l'étoile primaire, et non d'un objet d'arrière-plan ? J'adore cette partie : les astronomes ont utilisé des images d'archives prises pendant de nombreuses années pour mesurer le mouvement réel (ce que nous appelons le mouvement propre) du système. Toutes les étoiles dans le ciel sont en orbite autour du centre de la galaxie, mais ce mouvement est difficile à mesurer directement car les étoiles sont très éloignées. Mais certaines étoiles sont suffisamment proches de nous pour qu'elles puissent être détectées (c'est comme conduire sur une route, les arbres proches semblent passer, mais une montagne lointaine semble passer beaucoup plus lentement).

En cartographiant le mouvement des étoiles et de la planète, ils ont découvert que la planète semble se déplacer avec les étoiles dans le ciel, montrant de manière assez concluante qu'elle est en fait un membre du système. Cependant, la motion n'est pas exactement la même chose, et c'est parce que la planète est en orbite autour de l'étoile, et ce mouvement est vu au-dessus de sa vitesse à travers l'espace !

Bien qu'il soit difficile de déterminer la forme et la distance exactes de l'orbite, il est probable que la planète se trouve à environ 12 milliards de km de l'étoile et qu'il faut environ 550 ans pour l'orbiter une fois. Même s'il est plus de deux fois plus éloigné de l'étoile que Pluton ne l'est du Soleil, sa température est de 575°C (1070°F), toujours très chaude depuis sa formation.

Cela la rend unique parmi les planètes vues jusqu'à présent : elle a l'orbite la plus large connue pour une exoplanète dans un système triple. En fait, son orbite est si large qu'il est tout à fait possible que la gravité du binaire tire dessus. Avec le temps, l'orbite peut devenir instable ! Les astronomes ont effectué des simulations et ont montré qu'il était à peu près aussi probable que la planète soit sur une orbite stable. Il est si jeune que nous le voyons peut-être avant qu'il ne soit éjecté du système… ou il peut être parfait là où il est pour les quelques centaines de millions d'années à venir. Voici une animation vidéo montrant à quoi ressemblent toutes ces orbites :


Dans quel amas est la Terre ?

La planète Terre se trouve dans le superamas de galaxies de la Vierge. Un superamas est un assemblage de galaxies maintenues ensemble par la gravité.

La planète Terre est un sous-groupe de galaxies connu sous le nom de Groupe Local, qui est le deuxième plus grand parmi tous les univers.

Au sein du Groupe Local, il y a la Voie Lactée – une grande galaxie spirale où se trouve la Terre.

La Voie lactée couvre environ les deux tiers de la distance à partir du centre de l'univers, y compris les plusieurs comètes et astéroïdes et planètes naines entourant le soleil.

De plus, la Terre est la troisième planète du système solaire.


Des astronomes découvrent une planète dans un système à trois étoiles

Cette impression d'artiste montre une vue du système d'étoiles triples HD 131399 de près de la planète géante en orbite dans le système. La planète est connue sous le nom de HD 131399Ab et apparaît en bas à gauche de l'image.

Grâce à l'imagerie directe, une équipe d'astronomes a découvert une jeune exoplanète jovienne au sein d'un système à trois étoiles.

Si vous pensiez que la planète natale de Luke Skywalker, Tatooine, était un monde étrange avec ses deux soleils dans le ciel, imaginez ceci : une planète avec soit une lumière du jour constante, soit des levers et couchers de soleil triples chaque jour selon les saisons (qui durent plus longtemps que les humains). vies).

Un tel monde a été découvert par une équipe d'astronomes dirigée par l'Université de l'Arizona en utilisant l'imagerie directe. La planète HD 131399Ab ne ressemble à aucun autre monde connu, avec, de loin, l'orbite connue la plus large au sein d'un système multi-étoiles. La découverte est publiée dans une première édition en ligne de la revue Science.


Cette impression d'artiste montre l'orbite de la planète dans le système d'étoiles triples HD 131399. Deux des étoiles sont proches l'une de l'autre et le troisième élément, plus brillant, est orbité par une planète géante gazeuse nommée HD 131399Ab.

Située à environ 340 années-lumière de la Terre dans la constellation du Centaure, HD 131399Ab aurait environ 16 millions d'années, ce qui en fait l'une des plus jeunes exoplanètes découvertes à ce jour. Avec une température de 850 kelvins (environ 1 070 F ou 580 C) et pesant environ quatre masses de Jupiter, c'est également l'une des exoplanètes les plus froides et les moins massives à image directe.

“HD 131399Ab est l'une des rares exoplanètes qui ont été directement imagées, et c'est la première dans une configuration dynamique aussi intéressante,” a déclaré Daniel Apai, professeur adjoint d'astronomie et de sciences planétaires à l'Université de l'Arizona. . Il est le chercheur principal de l'une des équipes de la NASA dans le Nexus for Exoplanet System Science (NExSS), qui est un réseau interdisciplinaire dédié à la recherche de la vie sur les planètes en dehors de notre système solaire.

"Pendant environ la moitié de l'orbite de la planète, qui dure 550 années terrestres, trois étoiles sont visibles dans le ciel, les deux plus faibles étant toujours beaucoup plus proches l'une de l'autre et changeant en séparation apparente de l'étoile la plus brillante tout au long de l'année", a déclaré Kevin Wagner, doctorant dans le groupe de recherche Apai et premier auteur de l'article, qui a découvert HD 131399Ab. “Pendant une grande partie de l'année de la planète, les étoiles semblent proches les unes des autres, ce qui lui donne un côté nuit et un côté jour familiers avec un triple coucher et lever de soleil uniques chaque jour. Au fur et à mesure que la planète orbite et que les étoiles s'éloignent l'une de l'autre chaque jour, elles atteignent un point où le réglage de l'une coïncide avec le lever de l'autre - à quel point la planète est en journée quasi constante sur environ un quart de son orbite, ou environ 140 années terrestres.”

La planète marque la première découverte d'une exoplanète réalisée avec SPHERE, qui signifie Spectro-Polarimetric High-Contrast Exoplanet Research Instrument. Il est installé sur le Very Large Telescope exploité par l'Observatoire européen austral sur le Cerro Paranal dans le désert d'Atacama au nord du Chili, et dédié à la recherche de planètes autour d'autres étoiles. SPHERE est sensible à la lumière infrarouge, ce qui la rend capable de détecter les signatures thermiques des jeunes planètes, ainsi que des fonctionnalités sophistiquées corrigeant les perturbations atmosphériques et bloquant la lumière autrement aveuglante de leurs étoiles hôtes.

Bien que des observations répétées et à long terme soient nécessaires pour déterminer avec précision la trajectoire de la planète parmi ses étoiles hôtes, les observations et les simulations semblent suggérer le scénario suivant : au centre du système se trouve une étoile estimée à 80 % plus massive que le soleil et baptisé HD 131399A, qui lui-même est orbité par les deux étoiles restantes, B et C, à environ 300 UA (une UA, ou unité astronomique, équivaut à la distance moyenne entre la Terre et le soleil). Pendant ce temps, B et C tournent l'un autour de l'autre comme un haltère en rotation, séparés par une distance à peu près égale à celle entre notre soleil et Saturne.

Dans ce scénario, la planète HD 131399Ab se déplace autour de l'étoile centrale, A, sur une orbite environ deux fois plus grande que celle de Pluton par rapport à notre système solaire, et amène la planète à environ un tiers de la séparation des étoiles elles-mêmes. Les auteurs soulignent qu'une gamme de scénarios orbitaux est possible et que le verdict sur la stabilité à long terme du système devra attendre les observations de suivi prévues qui permettront de mieux contraindre l'orbite de la planète.

"Si la planète était plus éloignée de l'étoile la plus massive du système, elle serait expulsée du système", a expliqué Apai. “Nos simulations informatiques ont montré que ce type d'orbite peut être stable, mais si vous changez un tout petit peu les choses, cela peut devenir très rapidement instable.”

Les planètes dans les systèmes multi-étoiles présentent un intérêt particulier pour les astronomes et les planétologues car elles fournissent un exemple du fonctionnement de la formation des planètes dans ces scénarios extrêmes. Alors que les systèmes multi-étoiles nous semblent exotiques dans notre orbite autour de notre étoile solitaire, les systèmes multi-étoiles sont en fait tout aussi courants que les étoiles simples.

"On ne sait pas comment cette planète s'est retrouvée sur sa large orbite dans ce système extrême, et nous ne pouvons pas encore dire ce que cela signifie pour notre compréhension plus large des types de systèmes planétaires, mais cela montre qu'il y a plus de variété là-bas que beaucoup n'auraient cru possible », a déclaré Wagner. "Ce que nous savons, c'est que les planètes dans les systèmes multi-étoiles sont beaucoup moins explorées et potentiellement tout aussi nombreuses que les planètes dans les systèmes à une seule étoile."

"C'est le genre de découverte qui nous aide à placer notre propre système solaire dans le contexte de la diversité des mondes au-delà, en trouvant des systèmes très différents du nôtre", explique Mary Voytek, scientifique principale en astrobiologie et responsable du programme de le réseau NExSS au siège de la NASA à Washington. « En combinant ces résultats avec des recherches sur la formation de mondes habitables, nous aurons une meilleure compréhension des systèmes dans lesquels les mondes habitables pourraient se former. NExSS veillera à ce que de telles connexions soient établies, au sein et au-delà de nos équipes NExSS. »

NExSS est un réseau de coordination de recherche dirigé par la NASA et dédié à l'étude de l'habitabilité planétaire en réunissant des chercheurs de différents domaines. NExSS vise à créer une communauté internationale de chercheurs interdisciplinaires, y compris ceux soutenus par d'autres agences, dédiées à la recherche sur les exoplanètes grâce aux investissements de la NASA. Ce réseau explorera la diversité des exoplanètes et apprendra comment leur histoire, leur géologie et leur climat interagissent pour créer les conditions de la vie. Les chercheurs du NExSS s'efforcent également de placer les planètes dans un contexte architectural – en tant que systèmes solaires construits au fil des éons par le biais de processus dynamiques et sculptés par des étoiles. Sur la base de notre compréhension de notre propre système solaire et de la planète Terre habitable, les chercheurs du réseau visent à identifier où les niches habitables sont les plus susceptibles de se produire, quelles planètes sont les plus susceptibles d'être habitables. NExSS accélérera la découverte et la caractérisation d'autres mondes potentiellement porteurs de vie dans la galaxie.

Les co-auteurs de l'article sont Markus Kasper et Melissa McClure de l'Observatoire européen austral à Garching, en Allemagne, Kaitlin Kratter de l'Observatoire Steward UA, Massimo Roberto du Space Telescope Science Institute de Baltimore et Jean-Luc Beuzit de l'Université de Grenoble Alpes et le Centre National de la Recherche Scientifique, tous deux à Grenoble, France.


Première planète “Survivor” possible découverte par la NASA à côté d'une cendre stellaire

Une équipe internationale d'astronomes utilisant le satellite Transiting Exoplanet Survey (TESS) de la NASA et le télescope spatial Spitzer à la retraite a signalé ce qui pourrait être la première planète intacte trouvée en orbite étroite autour d'une naine blanche, le reste dense d'une étoile semblable au Soleil, seulement 40% plus grand que la Terre.

L'objet de la taille de Jupiter, appelé WD 1856 b, est environ sept fois plus gros que la naine blanche, nommée WD 1856+534. Il fait le tour de cette cendre stellaire toutes les 34 heures, plus de 60 fois plus vite que Mercure en orbite autour de notre Soleil.


Comment une planète géante a-t-elle pu survivre au processus violent qui a transformé son étoile mère en naine blanche ? Les astronomes ont quelques idées, après avoir découvert l'objet de la taille de Jupiter WD 1856 b. Crédit : NASA/JPL-Caltech/NASA’s Goddard Space Flight Center

« 8220WD 1856 b s'est en quelque sorte très proche de sa naine blanche et a réussi à rester en un seul morceau », a déclaré Andrew Vanderburg, professeur adjoint d'astronomie à l'Université du Wisconsin-Madison. « Le processus de création des naines blanches détruit les planètes voisines, et tout ce qui se rapproche trop près plus tard est généralement déchiré par l'immense gravité de l'étoile. Nous avons encore de nombreuses questions sur la façon dont le WD 1856 b est arrivé à son emplacement actuel sans rencontrer l'un de ces destins.”

Un article sur le système, dirigé par Vanderburg et comprenant plusieurs co-auteurs de la NASA, paraît dans le numéro du 16 septembre 2020 de Nature.

TESS surveille de grandes étendues du ciel, appelées secteurs, pendant près d'un mois à la fois. Ce long regard permet au satellite de trouver des exoplanètes, ou des mondes au-delà de notre système solaire, en capturant les changements de luminosité stellaire causés lorsqu'une planète passe devant ou transite par son étoile.

Le satellite a repéré WD 1856 b à environ 80 années-lumière dans la constellation nord de Draco. Il orbite autour d'une naine blanche froide et calme d'environ 18 000 kilomètres de diamètre, peut avoir jusqu'à 10 milliards d'années et est un membre éloigné d'un système d'étoiles triples.

Lorsqu'une étoile semblable au Soleil manque de carburant, elle gonfle jusqu'à des centaines à des milliers de fois sa taille d'origine, formant une étoile géante rouge plus froide. Finalement, il éjecte ses couches externes de gaz, perdant jusqu'à 80% de sa masse. The remaining hot core becomes a white dwarf. Any nearby objects are typically engulfed and incinerated during this process, which in this system would have included WD 1856 b in its current orbit. Vanderburg and his colleagues estimate the possible planet must have originated at least 50 times farther away from its present location.

“We’ve known for a long time that after white dwarfs are born, distant small objects such as asteroids and comets can scatter inward towards these stars. They’re usually pulled apart by a white dwarf’s strong gravity and turn into a debris disk,” said co-author Siyi Xu, an assistant astronomer at the international Gemini Observatory in Hilo, Hawaii, which is a program of the National Science Foundation’s NOIRLab. “That’s why I was so excited when Andrew told me about this system. We’ve seen hints that planets could scatter inward, too, but this appears to be the first time we’ve seen a planet that made the whole journey intact.”

The team suggests several scenarios that could have nudged WD 1856 b onto an elliptical path around the white dwarf. This trajectory would have become more circular over time as the star’s gravity stretched the object, creating enormous tides that dissipated its orbital energy.

“The most likely case involves several other Jupiter-size bodies close to WD 1856 b’s original orbit,” said co-author Juliette Becker, a 51 Pegasi b Fellow in planetary science at Caltech in Pasadena. “The gravitational influence of objects that big could easily allow for the instability you’d need to knock a planet inward. But at this point, we still have more theories than data points.”

Other possible scenarios involve the gradual gravitational tug of the two other stars in the system, red dwarfs G229-20 A and B, over billions of years and a flyby from a rogue star perturbing the system. Vanderburg’s team thinks these and other explanations are less likely because they require finely tuned conditions to achieve the same effects as the potential giant companion planets.

Jupiter-size objects can occupy a huge range of masses, however, from planets only a few times more massive than Earth to low-mass stars thousands of times Earth’s mass. Others are brown dwarfs, which straddle the line between planet and star. Usually scientists turn to radial velocity observations to measure an object’s mass, which can hint at its composition and nature. This method works by studying how an orbiting object tugs on its star and alters the color of its light. But in this case, the white dwarf is so old that its light has become both too faint and too featureless for scientists to detect noticeable changes.

Instead, the team observed the system in the infrared using Spitzer, just a few months before the telescope was decommissioned. If WD 1856 b was a brown dwarf or low-mass star, it would emit its own infrared glow. This means Spitzer would record a brighter transit than it would if the object were a planet, which would block rather than emit light. When the researchers compared the Spitzer data to visible light transit observations taken with the Gran Telescopio Canarias in Spain’s Canary Islands, they saw no discernable difference. That, combined with the age of the star and other information about the system, led them to conclude that WD 1856 b is most likely a planet no more than 14 times Jupiter’s size. Future research and observations may be able to confirm this conclusion.

Finding a possible world closely orbiting a white dwarf prompted co-author Lisa Kaltenegger, Vanderburg, and others to consider the implications for studying atmospheres of small rocky worlds in similar situations. For example, suppose that an Earth-size planet was located the range of orbital distances around WD 1856 where water could exist on its surface. Using simulated observations, the researchers show that NASA’s upcoming James Webb Space Telescope could detect water and carbon dioxide on the hypothetical world by observing just five transits.

The results of these calculations, led by Kaltenegger and Ryan MacDonald, both at Cornell University in Ithaca, New York, have been published in Les lettres du journal astrophysique and are available online.

“Even more impressively, Webb could detect gas combinations potentially indicating biological activity on such a world in as few as 25 transits,” said Kaltenegger, the director of Cornell’s Carl Sagan Institute. “WD 1856 b suggests planets may survive white dwarfs’ chaotic histories. In the right conditions, those worlds could maintain conditions favorable for life longer than the time scale predicted for Earth. Now we can explore many new intriguing possibilities for worlds orbiting these dead stellar cores.”

There is currently no evidence suggesting there are other worlds in the system, but it’s possible additional planets exist and haven’t been detected yet. They could have orbits that exceed the time TESS observes a sector or are tipped in a way such that transits don’t occur. The white dwarf is also so small that the possibility of catching transits from planets farther out in the system is very low.

Reference: “A giant planet candidate transiting a white dwarf” by Andrew Vanderburg, Saul A. Rappaport, Siyi Xu, Ian J. M. Crossfield, Juliette C. Becker, Bruce Gary, Felipe Murgas, Simon Blouin, Thomas G. Kaye, Enric Palle, Carl Melis, Brett M. Morris, Laura Kreidberg, Varoujan Gorjian, Caroline V. Morley, Andrew W. Mann, Hannu Parviainen, Logan A. Pearce, Elisabeth R. Newton, Andreia Carrillo, Ben Zuckerman, Lorne Nelson, Greg Zeimann, Warren R. Brown, René Tronsgaard, Beth Klein, George R. Ricker, Roland K. Vanderspek, David W. Latham, Sara Seager, Joshua N. Winn, Jon M. Jenkins, Fred C. Adams, Björn Benneke, David Berardo, Lars A. Buchhave, Douglas A. Caldwell, Jessie L. Christiansen, Karen A. Collins, Knicole D. Colón, Tansu Daylan, John Doty, Alexandra E. Doyle, Diana Dragomir, Courtney Dressing, Patrick Dufour, Akihiko Fukui, Ana Glidden, Natalia M. Guerrero, Xueying Guo, Kevin Heng, Andreea I. Henriksen, Chelsea X. Huang, Lisa Kaltenegger, Stephen R. Kane, John A. Lewis, Jack J. Lissauer, Farisa Morales, Norio Narita, Joshua Pepper, Mark E. Rose, Jeffrey C. Smith, Keivan G. Stassun and Liang Yu, 16 September 2020, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-020-2713-y

TESS is a NASA Astrophysics Explorer mission led and operated by MIT in Cambridge, Massachusetts, and managed by NASA’s Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. Additional partners include Northrop Grumman, based in Falls Church, Virginia, NASA’s Ames Research Center in California’s Silicon Valley, the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge, Massachusetts, MIT’s Lincoln Laboratory, and the Space Telescope Science Institute in Baltimore. More than a dozen universities, research institutes, and observatories worldwide are participants in the mission.

NASA’s Jet Propulsion Laboratory in Southern California managed the Spitzer mission for the agency’s Science Mission Directorate in Washington. Spitzer science data continue to be analyzed by the science community via the Spitzer data archive, located at the Infrared Science Archive housed at the Infrared Processing and Analysis Center (IPAC) at Caltech. Science operations were conducted at the Spitzer Science Center at Caltech. Spacecraft operations were based at Lockheed Martin Space in Littleton, Colorado. Caltech manages JPL for NASA.


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