Pour la première fois, des astronomes du MIT et d'ailleurs ont observé une étoile pulser en réponse à sa planète en orbite.

L'étoile, qui s'appelle HAT-P-2, est à environ 400 années-lumière de la Terre et est encerclée par une géante gazeuse mesurant huit fois la masse de Jupiter, l'une des exoplanètes les plus massives connues aujourd'hui. La planète, nommé HAT-P-2b, suit son étoile sur une orbite très excentrique, volant extrêmement près et autour de l'étoile, puis dévaler loin avant de finalement faire demi-tour.

Les chercheurs ont analysé plus de 350 heures d'observations de HAT-P-2 prises par le télescope spatial Spitzer de la NASA, et a constaté que la luminosité de l'étoile semble osciller très légèrement toutes les 87 minutes. En particulier, l'étoile semble vibrer à des harmoniques exactes, ou des multiples de la fréquence orbitale de la planète—la vitesse à laquelle la planète tourne autour de son étoile.

Les pulsations chronométrées avec précision ont conduit les chercheurs à croire que, contrairement à la plupart des prédictions théoriques basées sur des modèles du comportement exoplanétaire, HAT-P-2b peut être suffisamment massif pour déformer périodiquement son étoile, faire éclater la surface en fusion de l'étoile, ou pouls, en réponse.

"Nous pensions que les planètes ne peuvent pas vraiment exciter leurs étoiles, mais nous trouvons que celui-ci le fait, " dit Julien de Wit, un post-doctorant au Département de la Terre du MIT, Sciences atmosphériques et planétaires. "Il y a un lien physique entre les deux, mais à ce stade, en fait, nous ne pouvons pas l'expliquer. Ce sont donc de mystérieuses pulsations induites par le compagnon de l'étoile."

De Wit est l'auteur principal d'un article détaillant les résultats, publié aujourd'hui dans Lettres de revues astrophysiques .

Prendre le pouls

L'équipe est tombée sur les pulsations stellaires par hasard. Initialement, les chercheurs ont cherché à générer une carte précise de la distribution de la température d'une exoplanète en orbite autour de son étoile. Une telle carte aiderait les scientifiques à suivre comment l'énergie circule dans l'atmosphère d'une planète, qui peut donner des indices sur les modèles et la composition des vents d'une atmosphère.

Avec cet objectif en tête, l'équipe considérait HAT-P-2 comme un système idéal :                                                             il oscille entre les températures extrêmes, tournant
froid en s'éloignant de son étoile, puis chauffe rapidement car il oscille extrêmement près.

"L'étoile déverse une énorme quantité d'énergie dans l'atmosphère de la planète, et notre objectif initial était de voir comment l'atmosphère de la planète redistribue cette énergie, " dit de Wit.

Les chercheurs ont obtenu 350 heures d'observations de HAT-P-2, prises par intermittence par le télescope infrarouge de Spitzer entre juillet 2011 et novembre 2015. L'ensemble de données représente l'un des plus grands jamais pris par Spitzer, donnant à de Wit et à ses collègues de nombreuses observations pour permettre de détecter les signaux incroyablement minuscules nécessaires pour cartographier la distribution de la température d'une exoplanète.

L'équipe a traité les données et s'est concentrée sur la fenêtre dans laquelle la planète a fait son approche la plus proche, passant d'abord devant puis derrière l'étoile. Pendant ces périodes, les chercheurs ont mesuré la luminosité de l'étoile pour déterminer la quantité d'énergie, sous forme de chaleur, transféré sur la planète.

Chaque fois que la planète passait derrière l'étoile, les chercheurs ont vu quelque chose d'inattendu :au lieu d'une ligne plate, représentant une goutte momentanée alors que la planète est masquée par son étoile, ils ont observé de minuscules pointes - des oscillations dans la lumière de l'étoile, avec une durée d'environ 90 minutes, qui s'est avéré être des multiples exacts de la fréquence orbitale de la planète.

"C'étaient de très petits signaux, " dit de Wit. " C'était comme capter le bourdonnement d'un moustique passant par un moteur à réaction, à deux milles."

Beaucoup de théories, un grand mystère

Les pulsations stellaires peuvent se produire constamment lorsque la surface d'une étoile bout et se retourne naturellement. Mais les minuscules pulsations détectées par de Wit et ses collègues semblent être de concert avec l'orbite de la planète. Les signaux, ils ont conclu, ne doit pas être dû à quoi que ce soit dans l'étoile elle-même, mais soit à la planète qui tourne, soit à un effet dans les instruments de Spitzer.

Les chercheurs ont écarté ce dernier après avoir modélisé tous les effets instrumentaux possibles, comme les vibrations, qui aurait pu affecter les mesures, et constatant qu'aucun des effets n'aurait pu produire les pulsations qu'ils ont observées.

"Nous pensons que ces pulsations doivent être induites par la planète, ce qui est surprenant, " dit de Wit. " Nous avons vu cela dans des systèmes avec deux étoiles en rotation qui sont supermassives, où l'un peut vraiment déformer l'autre, relâcher la distorsion, et l'autre vibre. Mais nous ne nous attendions pas à ce que cela se produise avec une planète, même aussi massive que celle-ci."

"C'est vraiment excitant parce que, si nos interprétations sont correctes, il nous dit que les planètes peuvent avoir un impact significatif sur les phénomènes physiques opérant dans leurs étoiles hôtes, " dit la co-auteur Victoria Antoci, un post-doctorat à l'Université d'Aarhus au Danemark. "En d'autres termes, l'étoile « connaît » sa planète et réagit à sa présence."

L'équipe a quelques théories sur la façon dont la planète pourrait faire vibrer son étoile. Par exemple, peut-être que l'attraction gravitationnelle transitoire de la planète perturbe l'étoile juste assez pour la faire basculer vers une phase d'auto-pulsation. Il y a des étoiles qui pulsent naturellement, et peut-être que HAT-P-2b pousse son étoile vers cet état, la façon dont l'ajout de sel dans une casserole d'eau frémissante peut provoquer son ébullition. De Wit dit que ce n'est qu'une des nombreuses possibilités, mais aller à la racine des pulsations stellaires demandera beaucoup plus de travail.

"C'est un mystère, mais c'est super, parce qu'il démontre que notre compréhension de la façon dont une planète affecte son étoile n'est pas complète, " dit de Wit. "Nous devrons donc aller de l'avant et comprendre ce qui se passe là-bas."

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.