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    Des scientifiques détectent des comètes en dehors de notre système solaire

    Vue d'artiste d'une vue de l'intérieur du système Exocomet KIC 3542116. Crédit :Danielle Futselaar

    Des scientifiques du MIT et d'autres institutions, en étroite collaboration avec des astronomes amateurs, ont repéré les queues poussiéreuses de six exocomètes – des comètes en dehors de notre système solaire – en orbite autour d'une étoile faible à 800 années-lumière de la Terre.

    Ces boules cosmiques de glace et de poussière, qui avaient à peu près la taille de la comète de Halley et ont parcouru environ 100, 000 miles par heure avant qu'ils ne se vaporisent finalement, sont quelques-uns des plus petits objets encore trouvés en dehors de notre propre système solaire.

    La découverte marque la première fois qu'un objet aussi petit qu'une comète a été détecté en utilisant la photométrie de transit, une technique par laquelle les astronomes observent la lumière d'une étoile pour les baisses d'intensité révélatrices. De tels creux signalent des transits potentiels, ou des croisements de planètes ou d'autres objets devant une étoile, qui bloquent momentanément une petite fraction de sa lumière.

    Dans le cas de cette nouvelle détection, les chercheurs ont pu repérer la queue de la comète, ou traînée de gaz et de poussière, qui a bloqué environ un dixième de 1% de la lumière de l'étoile alors que la comète passait.

    "C'est incroyable que quelque chose de plusieurs ordres de grandeur plus petit que la Terre puisse être détecté simplement par le fait qu'il émet beaucoup de débris, " dit Saul Rappaport, professeur émérite de physique à l'Institut Kavli d'astrophysique et de recherche spatiale du MIT. "C'est assez impressionnant de pouvoir voir quelque chose d'aussi petit, si loin."

    Rappaport et son équipe ont publié leurs résultats cette semaine dans le Avis mensuels de la Royal Astronomical Society . Les co-auteurs de l'article sont Andrew Vanderburg du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics; plusieurs astronomes amateurs dont Thomas Jacobs de Bellevue, Washington; et des chercheurs de l'Université du Texas à Austin, Centre de recherche Ames de la NASA, et l'Université du Nord-Est.

    "Où peu ont voyagé"

    La détection a été faite à l'aide des données du télescope spatial Kepler de la NASA, un observatoire stellaire lancé dans l'espace en 2009. Pendant quatre ans, le vaisseau spatial en a surveillé environ 200, 000 étoiles pour les creux dans la lumière des étoiles causés par les exoplanètes en transit.

    À ce jour, la mission en a identifié et confirmé plus de 2, 400 exoplanètes, étoiles principalement en orbite dans la constellation du Cygne, à l'aide d'algorithmes automatisés qui passent rapidement au crible les données de Kepler, à la recherche de creux caractéristiques à la lumière des étoiles.

    Les plus petites exoplanètes détectées jusqu'à présent mesurent environ un tiers de la taille de la Terre. Comètes, en comparaison, ne s'étendent que sur plusieurs terrains de football, ou une petite ville à leur plus grande, ce qui les rend incroyablement difficiles à repérer.

    Cependant, le 18 mars, Jacobs, un astronome amateur qui s'est fait un passe-temps pour passer au peigne fin les données de Kepler, a pu distinguer plusieurs motifs lumineux curieux au milieu du bruit.

    Jacobs, qui travaille comme consultante en emploi pour les personnes handicapées mentales de jour, est membre de Planet Hunters, un projet scientifique citoyen créé pour la première fois par l'Université de Yale pour enrôler des astronomes amateurs dans la recherche d'exoplanètes. Les membres ont eu accès aux données de Kepler dans l'espoir qu'ils pourraient repérer quelque chose d'intéressant qu'un ordinateur pourrait manquer.

    En janvier, Jacobs a entrepris de scanner les quatre années entières des données de Kepler prises au cours de la mission principale, comprenant plus de 200, 000 étoiles, chacun avec des courbes lumineuses individuelles, ou des graphiques d'intensité lumineuse suivis dans le temps. Jacobs a passé cinq mois à passer au crible les données, souvent avant et après sa journée de travail, et pendant les week-ends.

    "Rechercher des objets d'intérêt dans les données Kepler demande de la patience, persistance, et persévérance, " dit Jacobs. " Pour moi, c'est une forme de chasse au trésor, sachant qu'il y a un événement intéressant à découvrir. Il s'agit d'explorer et d'être à la chasse là où peu ont voyagé auparavant."

    "Quelque chose que nous avons déjà vu"

    L'objectif de Jacobs était de rechercher tout ce qui sortait de l'ordinaire que les algorithmes informatiques auraient pu ignorer. En particulier, il cherchait des transits uniques - des plongées dans la lumière des étoiles qui n'arrivent qu'une seule fois, ce qui signifie qu'ils ne sont pas périodiques comme les planètes en orbite autour d'une étoile plusieurs fois.

    Dans sa recherche, il a repéré trois de ces transits uniques autour du KIC 3542116, une étoile faible située à 800 années-lumière de la Terre (les trois autres transits ont été trouvés plus tard par l'équipe). Il a signalé les événements et alerté Rappaport et Vanderburg, avec qui il avait collaboré dans le passé pour interpréter ses découvertes.

    "Nous nous sommes assis là-dessus pendant un mois, parce que nous ne savions pas ce que c'était - les transits planétaires ne ressemblent pas à ça, " se souvient Rappaport. " Puis il m'est venu à l'esprit que, 'Hey, ceux-ci ressemblent à quelque chose que nous avons déjà vu.'"

    Dans un transit planétaire typique, la courbe de lumière résultante ressemble à un "U, " avec une forte baisse, puis une hausse tout aussi forte, à la suite d'une planète bloquant d'abord un peu, alors beaucoup, puis un peu de lumière lorsqu'elle se déplace à travers l'étoile. Cependant, les courbes de lumière identifiées par Jacobs semblaient asymétriques, avec un plongeon prononcé, suivi d'une augmentation plus progressive.

    Rappaport s'est rendu compte que l'asymétrie dans les courbes de lumière ressemblait à des planètes en désintégration, avec de longues traînées de débris qui continueraient à bloquer un peu de lumière à mesure que la planète s'éloignerait de l'étoile. Cependant, de telles planètes en désintégration orbitent autour de leur étoile, transiter à plusieurs reprises. En revanche, Jacobs n'avait observé aucun schéma périodique de ce type dans les transits qu'il avait identifiés.

    "Nous pensions, le seul type de corps qui pourrait faire la même chose et ne pas répéter est celui qui finit probablement par être détruit, " dit Rappaport.

    En d'autres termes, au lieu d'orbiter autour et autour de l'étoile, les objets doivent avoir transité, puis finalement volé trop près de l'étoile, et vaporisé.

    "La seule chose qui fait l'affaire, et a une masse assez petite pour être détruite, est une comète, " dit Rappaport.

    Les chercheurs ont calculé que chaque comète bloquait environ un dixième de 1% de la lumière de l'étoile. Pour ce faire pendant plusieurs mois avant de disparaître, la comète s'est probablement entièrement désintégrée, créant une traînée de poussière suffisamment épaisse pour bloquer cette quantité de lumière stellaire.

    Vanderburg dit que le fait que ces six exocomètes semblent avoir transité très près de leur étoile au cours des quatre dernières années soulève des questions intrigantes, dont les réponses pourraient révéler quelques vérités sur notre propre système solaire.

    « Pourquoi y a-t-il tant de comètes dans les parties internes de ces systèmes solaires ? » dit Vanderburg. « Est-ce une ère de bombardement extrême dans ces systèmes ? C'était une partie très importante de la formation de notre propre système solaire et cela a peut-être amené de l'eau sur Terre. Peut-être qu'étudier les exocomètes et comprendre pourquoi ils se trouvent autour de ce type d'étoile… pourrait nous donner un aperçu de la façon dont le bombardement se produit dans d'autres systèmes solaires."

    Les chercheurs disent qu'à l'avenir, la mission TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) dirigée par le MIT poursuivra le type de recherche effectué par Kepler.

    En plus de contribuer aux domaines de l'astrophysique et de l'astronomie, Rappaport dit, la nouvelle détection témoigne de la persévérance et du discernement des scientifiques citoyens.

    "Je pourrais nommer 10 types de choses que ces personnes ont trouvées dans les données Kepler que les algorithmes n'ont pas pu trouver, en raison de la capacité de reconnaissance de formes dans l'œil humain, " dit Rappaport. " Vous pouvez maintenant écrire un algorithme informatique pour trouver ce genre de forme de comète. Mais ils ont été manqués dans des recherches antérieures. Ils étaient assez profonds mais n'avaient pas la bonne forme programmée dans les algorithmes. Je pense qu'il est juste de dire que cela n'aurait jamais été trouvé par aucun algorithme."

    Cette recherche a utilisé les données recueillies par la mission Kepler, financé par la direction de la mission scientifique de la NASA.

    Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.




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