Une équipe internationale d'astronomes dirigée par l'Université de Washington a utilisé les données recueillies par le télescope spatial Kepler pour observer et confirmer les détails de la plus externe des sept exoplanètes gravitant autour de l'étoile TRAPPIST-1.

Ils ont confirmé que la planète, TRAPPISTE-1h, orbite autour de son étoile tous les 18,77 jours, est lié dans sa trajectoire orbitale à ses frères et sœurs et a un froid glacial. Loin de son étoile hôte, la planète est probablement inhabitable, mais cela n'a peut-être pas toujours été le cas.

Rodrigo Luger, doctorant à l'UW, est l'auteur principal d'un article publié le 22 mai dans la revue Astronomie de la nature .

"TRAPPIST-1h était exactement là où notre équipe l'avait prédit, " a déclaré Luger. Les chercheurs ont découvert un modèle mathématique dans les périodes orbitales des six planètes intérieures, ce qui suggérait fortement une période de 18,77 jours pour la planète h.

"Cela m'a fait craindre pendant un moment que nous voyions ce que nous voulions voir. Les choses ne sont presque jamais exactement comme vous l'attendez dans ce domaine - il y a généralement des surprises à chaque coin de rue, mais la théorie et l'observation s'accordaient parfaitement dans ce cas."

TRAPPIST-1 est une personne d'âge moyen, étoile naine ultra cool, beaucoup moins lumineux que le soleil et seulement un peu plus gros que la planète Jupiter. L'étoile, qui se trouve à près de 40 années-lumière ou à environ 235 billions de miles dans la constellation du Verseau, est nommé d'après le petit télescope terrestre en transit pour les planètes et les planétésimaux (TRAPPIST), l'installation qui a trouvé pour la première fois des preuves de planètes autour d'elle en 2015.

L'enquête TRAPPIST est menée par Michael Gillon de l'Université de Liège, La Belgique, qui est également co-auteur de cette recherche. En 2016, L'équipe de Gillon a annoncé la détection de trois planètes en orbite autour de TRAPPIST-1 et ce nombre a été porté à sept dans un article ultérieur de 2017. Trois des planètes de TRAPPIST-1 semblent être dans la zone habitable de l'étoile, cette bande d'espace autour d'une étoile où une planète rocheuse pourrait avoir de l'eau liquide à sa surface, donnant ainsi une chance à la vie.

De telles exoplanètes sont détectées lors de leur transit, ou passer devant, leur étoile d'accueil, bloquant une partie mesurable de la lumière. L'équipe de Gillon n'a pu observer qu'un seul transit pour TRAP-PIST-1h, le plus éloigné des sept descendants de l'étoile, avant les données analysées par l'équipe de Luger.

Luger a dirigé une équipe de recherche internationale multi-institutions qui a étudié de plus près le système TRAPPIST-1 en utilisant 79 jours de données d'observation de K2, la deuxième mission du télescope spatial Kepler. L'équipe a pu observer et étudier quatre transits de TRAPPIST-1h à travers son étoile.

L'équipe a utilisé les données K2 pour caractériser davantage les orbites des six autres planètes, aider à exclure la présence de planètes supplémentaires en transit, et déterminer la période de rotation et le niveau d'activité de l'étoile. Ils ont également découvert que les sept planètes de TRAPPIST-1 semblent liées dans une danse complexe connue sous le nom de résonance orbitale où leurs périodes orbitales respectives sont mathématiquement liées et s'influencent légèrement.

"Les résonances peuvent être difficiles à comprendre, surtout entre trois corps. Mais il y a des cas plus simples qui sont plus faciles à expliquer, " dit Luger. Par exemple, plus proche de la maison, les lunes de Jupiter Io, Eu-ropa et Ganymède sont placés dans une résonance 1:2:4, ce qui signifie que la période orbitale d'Europe est exactement le double de celle de Io, et celle de Ganymède est exactement le double de celle d'Europe.

Ces relations, Luger a dit, a suggéré qu'en étudiant les vitesses orbitales de ses planètes voisines, ils pourraient prédire la vitesse orbitale exacte, et donc aussi la période orbitale, de TRAP-PIST-1h avant même les observations K2. Leur théorie s'est avérée correcte lorsqu'ils ont localisé la planète dans les données K2.

La chaîne de résonances de sept planètes de TRAPPIST-1 a établi un record parmi les systèmes planétaires connus, les détenteurs précédents étant les systèmes Kepler-80 et Kepler-223, chacun avec quatre planètes résonantes. Les résonances sont "auto-correctrices, " Luger dit, de telle sorte que si une planète était d'une manière ou d'une autre déviée de sa trajectoire, il se verrouillerait tout de suite dans la résonance. "Une fois que vous êtes pris dans ce genre de résonance stable, il est difficile de s'échapper, " il a dit.

Tout ça, Luger a dit, indique que ces connexions orbitales ont été forgées au début de la vie du système TRAPPIST-1, lorsque les planètes et leurs orbites n'étaient pas complètement formées.

"La structure de résonance n'est pas un hasard, et pointe vers une histoire dynamique intéressante dans laquelle les planètes ont probablement migré vers l'intérieur en même temps, ", a déclaré Luger. "Cela fait du système un excellent banc d'essai pour les théories de la formation et de la migration des planètes."

Cela signifie également que bien que TRAPPIST-1h soit maintenant extrêmement froid - avec une température moyenne de 173 Kelvin (moins 148 F) - il a probablement passé plusieurs centaines de millions d'années dans un état beaucoup plus chaud, quand son étoile hôte était plus jeune et plus brillante.

"Nous pourrions donc regarder une planète autrefois habitable et gelée depuis, ce qui est incroyable à contempler et idéal pour les études de suivi, " dit Luger.

Luger a déclaré qu'il travaillait avec les données de la mission K2 depuis un certain temps maintenant, rechercher des moyens de réduire le "bruit instrumental" dans ses données résultant de roues de réaction cassées - de petits volants d'inertie qui aident à positionner le vaisseau spatial - qui peuvent submerger les signaux planétaires.

"Observer TRAPPIST-1 avec K2 était une tâche ambitieuse, " a déclaré Marko Sestovic, doctorant à l'Université de Berne et deuxième auteur de l'étude. En plus des signaux parasites introduits par l'oscillation du vaisseau spatial, le faible de l'étoile dans l'optique (la gamme de longueurs d'onde où K2 observe) a placé TRAPPIST-1h " près de la limite de ce que nous avons pu détecter avec K2, " dit-il. Pour aggraver les choses, Sestovic a dit, un transit de la planète a coïncidé avec un transit de TRAPPIST-1b, et l'un a coïncidé avec une éruption stellaire, ajoute à la difficulté de l'observation. "Trouver la planète était vraiment encourageant, " Luger dit, "puisqu'il a montré que nous pouvons toujours faire de la science de haute qualité avec Kepler malgré des défis instrumentaux importants."

Les co-auteurs de Luger UW sont Ethan Kruse et Brett Morris, doctorants en astronomie, le chercheur post-doctoral Daniel Foreman-Mackey et le professeur Eric Agol (Guggenheim Fellow). Agol a aidé séparément à confirmer la masse approximative des planètes TRAPPIST-1 avec une technique que lui et ses collègues ont conçue, appelée "variations de synchronisation de transit", qui décrit les tractions gravitationnelles des planètes les unes sur les autres.

Luger a déclaré que la proximité relative du système TRAPPIST-1 "en fait une cible de choix pour le suivi et la caractérisation avec les télescopes actuels et à venir, ce qui pourrait nous renseigner sur la composition atmosphérique de ces planètes."