Sous un élégant immeuble de bureaux au toit de tuiles rouges de style espagnol à Pasadena, Californie, trois celliers vétustes sauvegardent plus d'un siècle d'astronomie. En bas des escaliers et à droite se trouve un sous-sol d'émerveillement. Il existe d'innombrables tiroirs et boîtes en bois, empilé du sol au plafond, avec plaques télescopiques, dessins de taches solaires et autres documents. Une légère odeur d'ammoniaque, rappelant le vieux film, remplit l'air.

Gardant un débarras, une courte porte noire avec un panneau indiquant "Cette porte doit rester fermée".

Les observatoires Carnegie en hébergent 250, 000 plaques photographiques prises au Mont Wilson, Les observatoires Palomar et Las Campanas, couvrant plus de 100 ans. A leur apogée, les télescopes du mont Wilson de 60 pouces et 100 pouces - le plus grand a vu sa première lumière le 1er novembre, 1917, étaient les instruments les plus puissants de leur genre. Chacun a changé de manière indélébile la compréhension que l'humanité a de notre place dans le cosmos. Mais ces merveilles technologiques étaient en avance sur leur temps - dans un cas, capturer des signes de mondes lointains qui ne seraient pas reconnus avant un siècle.

Le mont Wilson est le site où certaines des découvertes clés sur notre galaxie et notre univers ont été faites au début du 20e siècle. C'est là qu'Edwin Hubble s'est rendu compte que la Voie Lactée ne peut pas être l'étendue de notre univers, car Andromède (ou M31) est plus loin que les confins les plus éloignés de notre galaxie. La plaque photographique du télescope Hooker de 100 pouces de 1923, qui a capturé cette réalisation monumentale, est agrandie comme une énorme affiche à l'extérieur des magasins Carnegie.

Hubble et Milton Humason, dont la carrière à Mount Wilson a commencé comme concierge, travaillé ensemble pour explorer la nature en expansion de l'univers. En utilisant les télescopes légendaires, ainsi que les données de l'observatoire Lowell à Flagstaff, Arizona, ils ont reconnu que les amas de galaxies s'éloignent les uns des autres et que les galaxies les plus éloignées s'éloignent les unes des autres à des vitesses plus élevées.

Mais il y a un bien moins connu, Découverte centenaire du mont Wilson, un qui était non identifié et non apprécié jusqu'à récemment. C'est en fait :La première preuve d'exoplanètes.

Une histoire de détective

Cela a commencé avec Ben Zuckerman, professeur émérite d'astronomie à l'Université de Californie, Los Angeles. Il préparait une conférence sur les compositions des planètes et des corps rocheux plus petits en dehors de notre système solaire pour un symposium de juillet 2014 à l'invitation de Jay Farihi, qu'il avait aidé à superviser lorsque Farihi était étudiant diplômé à l'UCLA. Farihi avait suggéré à Zuckerman de parler de la pollution des naines blanches, qui sont faibles, étoiles mortes composées principalement d'hydrogène et d'hélium. Par "pollution, " les astronomes veulent dire des éléments lourds envahissant les photosphères - les atmosphères extérieures - de ces étoiles. Le fait est que, tous ces éléments supplémentaires ne devraient pas être là - la forte gravité de la naine blanche devrait attirer les éléments à l'intérieur de l'étoile, et hors de vue.

La première naine blanche polluée identifiée s'appelle l'étoile de van Maanen (ou "van Maanen 2" dans la littérature scientifique), après son découvreur Adriaan van Maanen. Van Maanen a trouvé cet objet en 1917 en repérant son mouvement subtil par rapport à d'autres étoiles entre 1914 et 1917. L'astronome Walter Sydney Adams, qui deviendra plus tard directeur de Mount Wilson, capturé le spectre - une empreinte chimique - de l'étoile de van Maanen sur une petite plaque de verre à l'aide du télescope de 60 pouces du mont Wilson. Adams a interprété le spectre comme celui d'une étoile de type F, vraisemblablement basé sur la présence et la force du calcium et d'autres caractéristiques d'absorption des éléments lourds, avec une température un peu plus élevée que notre Soleil. En 1919, van Maanen l'a qualifié de "très faible étoile".

Aujourd'hui, nous savons que l'étoile de van Maanen, qui est à environ 14 années-lumière, est la naine blanche la plus proche de la Terre qui ne fait pas partie d'un système binaire.

"Cette étoile est une icône, " Farihi a déclaré récemment. "C'est le premier du genre. C'est vraiment le proto-prototype."

En préparant son discours, Zuckerman a eu ce qu'il a appelé plus tard un "vrai moment" eurêka "." L'étoile de Van Maanen, à l'insu des astronomes qui l'ont étudié en 1917 et de ceux qui y ont pensé pendant des décennies après, doit être la première preuve d'observation de l'existence d'exoplanètes.

Qu'est-ce que cela a à voir avec les exoplanètes ?

Les éléments lourds de la couche la plus externe de l'étoile n'ont pas pu être produits à l'intérieur de l'étoile, car ils couleraient immédiatement en raison du champ gravitationnel intense de la naine blanche. Comme plus de naines blanches avec des éléments lourds dans leurs photosphères ont été découvertes au 20ème siècle, les scientifiques en sont venus à croire que les matériaux exotiques devaient provenir du milieu interstellaire, en d'autres termes, éléments flottant dans l'espace entre les étoiles.

Mais en 1987, plus de 70 ans après le spectre du mont Wilson de l'étoile de van Maanen, Zuckerman et son collègue Eric Becklin ont signalé un excès de lumière infrarouge autour d'une naine blanche, qu'ils pensaient provenir d'une faible "étoile ratée" appelée naine brune. C'était, en 1990, interprété comme un chaud, disque poussiéreux en orbite autour d'une naine blanche. Au début des années 2000, une nouvelle théorie des naines blanches polluées avait émergé :les exoplanètes pourraient pousser de petits corps rocheux vers l'étoile, dont la puissante gravité les pulvériserait en poussière. Cette poussière, contenant des éléments lourds du corps déchiré, tomberait alors sur l'étoile.

"L'essentiel est :si vous êtes un astéroïde ou une comète, vous ne pouvez pas simplement changer votre adresse. Vous avez besoin de quelque chose pour vous déplacer, " dit Farihi. " De loin, les plus grands candidats sont les planètes pour faire ça."

Le télescope spatial Spitzer de la NASA a contribué à élargir le champ des naines blanches polluées en orbite disques poussiéreux. Depuis son lancement en 2004, Spitzer a confirmé environ 40 de ces étoiles spéciales. Un autre télescope spatial, L'explorateur d'enquête infrarouge à grand champ de la NASA, également détecté une poignée, portant le total à environ quatre douzaines connues aujourd'hui. Parce que ces objets sont si faibles, la lumière infrarouge est cruciale pour les identifier.

"Nous ne pouvons pas mesurer la quantité exacte de lumière infrarouge provenant de ces objets en utilisant des télescopes au sol, " dit Farihi. " Spitzer, Plus précisément, juste éclater cette grande ouverte. "

Soutenant la nouvelle théorie du "disque poussiéreux" des naines blanches tirées, en 2007, Zuckerman et ses collègues ont publié des observations d'une atmosphère de naine blanche avec 17 éléments, des matériaux similaires à ceux trouvés dans le système Terre-Lune. (Le regretté professeur de l'UCLA Michael Jura, qui a apporté des contributions cruciales à l'étude des naines blanches polluées, faisait partie de cette équipe.) C'était une preuve supplémentaire qu'au moins un petit, corps rocheux - ou même une planète - avait été déchiré par la gravité d'une naine blanche. Les scientifiques conviennent maintenant généralement qu'une seule étoile naine blanche avec des éléments lourds dans son spectre a probablement au moins une ceinture de débris rocheux - les restes de corps qui sont entrés en collision violemment et n'ont jamais formé de planètes - et probablement au moins une planète majeure.

Donc, les éléments lourds qui flottaient dans le milieu interstellaire n'ont pas pu expliquer les observations. « Environ 90 ans après la découverte de van Maanen, les astronomes ont dit, 'Waouh, ce modèle d'accrétion interstellaire ne peut pas être correct, '", a déclaré Zuckerman.

À la poursuite du spectre

Inspiré de Zuckerman, Farihi est tombé amoureux de l'idée que quelqu'un avait pris un spectre avec la première preuve d'exoplanètes en 1917, et qu'un enregistrement doit exister de cette observation. "J'ai eu les dents dans la question et je ne voulais pas lâcher prise, " il a dit.

Farihi a contacté les observatoires Carnegie, qui possède les télescopes du mont Wilson et sauvegarde leurs archives. Le directeur de Carnegie, John Mulchaey, a mis le volontaire Dan Kohne sur l'affaire. Kohne a fouillé dans les archives et, deux jours plus tard, Mulchaey a envoyé à Farihi une image du spectre.

"Je ne peux pas dire que j'ai été choqué, franchement, mais j'ai été agréablement soufflé de mon siège pour voir que la signature était là, et pouvait être vu même avec l'œil humain, " dit Farihi.

Le spectre de l'étoile de van Maanen que Farihi avait demandé se trouve maintenant dans une petite pochette d'archives, étiqueté avec la date manuscrite « 24 octobre 1917 » et un post-it jaune moderne :« peut-être le premier enregistrement d'une exoplanète ».

Cynthia Hunt, un astronome qui préside le comité d'histoire de Carnegie, sorti la plaque de verre de l'enveloppe et la plaça sur une visionneuse qui l'éclaira. Le spectre lui-même à peu près 1/6e de pouce, ou un peu plus de 0,4 centimètre.

Bien que l'assiette semble banale à première vue, Farihi a vu deux "crocs" évidents représentant des creux dans le spectre. À lui, c'était le pistolet fumant :deux raies d'absorption du même ion calcium, ce qui signifie qu'il y avait des éléments lourds dans la photosphère de la naine blanche, ce qui indique qu'elle a probablement au moins une exoplanète. Il en a parlé en 2016 dans New Astronomy Reviews.

Exoplanètes et disques de débris

Les scientifiques ont longtemps pensé que la gravité des planètes géantes pourrait maintenir les ceintures de débris en place, surtout dans les jeunes systèmes planétaires. Une étude récente dans le Journal d'astrophysique ont montré que les jeunes étoiles avec des disques de poussière et de débris sont plus susceptibles d'avoir des planètes géantes en orbite à grande distance de leur étoile mère que celles sans disques.

Une naine blanche n'est pas une jeune étoile, au contraire, il se forme lorsqu'une étoile de masse faible à moyenne a déjà brûlé tout le carburant à l'intérieur. Mais le principe est le même :l'attraction gravitationnelle des exoplanètes géantes pourrait projeter de petites, corps rocheux dans les naines blanches.

Notre propre Soleil deviendra une géante rouge dans environ 5 milliards d'années, s'étendant tellement qu'il peut même avaler la Terre avant qu'elle ne souffle ses couches externes et devienne une naine blanche. À ce moment, La grande influence gravitationnelle de Jupiter peut être plus perturbatrice pour la ceinture d'astéroïdes, projetant des objets vers notre Soleil beaucoup plus sombre. Ce genre de scénario pourrait expliquer les éléments lourds au Star de van Maanen.

Les observations de Spitzer sur l'étoile de van Maanen n'y ont trouvé aucune planète jusqu'à présent. En réalité, à ce jour, aucune exoplanète n'a été confirmée en orbite autour de naines blanches, bien que l'on ait un objet considéré comme une planète massive. D'autres preuves convaincantes sont apparues au cours des deux dernières années. En utilisant l'observatoire W. M. Keck à Hawaï, scientifiques, dont Zuckerman, ont récemment annoncé qu'ils avaient trouvé des preuves d'un objet ressemblant à Kuiper-Belt ayant été mangé par une naine blanche.

Les scientifiques explorent toujours les naines blanches polluées et recherchent les exoplanètes qu'elles pourraient héberger. Environ 30 pour cent de toutes les naines blanches que nous connaissons sont polluées, mais leurs disques de débris sont plus difficiles à repérer. Jura a avancé qu'avec beaucoup d'astéroïdes entrant et entrant en collision avec des débris, la poussière peut être transformée en gaz, qui n'aurait pas le même signal infrarouge hautement détectable que la poussière.

Farihi était ravi du résultat de son travail de détective dans les archives du mont Wilson. En 2016, il a décrit la découverte historique dans le contexte d'un article de synthèse sur les naines blanches polluées, arguant que les naines blanches sont "des cibles incontournables pour la recherche sur les systèmes exoplanétaires".

Qui sait quels autres trésors méconnus attendent d'être découverts dans les archives des grands observatoires, les archives d'observation du ciel d'un cosmos riche en subtilité. Sûrement, d'autres indices seront trouvés par ceux qui sont motivés par la curiosité et qui posent les bonnes questions.

"C'est l'interaction personnelle avec les données qui peut vraiment nous inciter à nous investir dans les questions que nous posons, " dit Farihi.