Au cours des trois dernières décennies, presque 4, 000 objets semblables à des planètes ont été découverts en orbite autour d'étoiles isolées en dehors du système solaire (exoplanètes). À partir de 2011, il a été possible d'utiliser le télescope spatial Kepler de la NASA pour observer les premières exoplanètes en orbite autour de jeunes systèmes binaires de deux étoiles vivantes avec de l'hydrogène brûlant encore dans leur noyau.

Les astronomes brésiliens ont maintenant trouvé la première preuve de l'existence d'une exoplanète en orbite autour d'un binaire plus ancien ou plus évolué dans lequel l'une des deux étoiles est morte. Les résultats viennent d'être publiés dans le Journal astronomique , publié par l'American Astronomical Society (AAS).

Leonardo Andrade de Almeida, premier auteur de l'article, mentionné, "Nous avons réussi à obtenir des preuves assez solides de l'existence d'une exoplanète géante d'une masse presque 13 fois supérieure à celle de Jupiter dans un système binaire évolué. C'est la première confirmation d'une exoplanète dans un système de ce genre."

Almeida est actuellement chercheur postdoctoral à l'Université fédérale de Rio Grande do Norte (UFRN), ayant effectué des recherches postdoctorales à l'Institut d'astronomie de l'Université de São Paulo, Géophysique et sciences de l'atmosphère (IAG-USP), où il était supervisé par le professeur Augusto Damineli, un co-auteur de l'étude.

Les variations du moment de l'éclipse (le temps mis par chacune des deux étoiles pour éclipser l'autre) et de la période orbitale ont conduit les chercheurs à découvrir l'exoplanète dans le binaire évolué appelé KIC 10544976, situé dans la constellation du Cygne dans l'hémisphère céleste nord.

"Les variations de la période orbitale d'un binaire sont dues à l'attraction gravitationnelle entre les trois objets, qui orbitent autour d'un centre de masse commun, " a déclaré Almeida.

Les variations de période orbitale ne suffisent pas à prouver l'existence d'une planète dans le cas des binaires, cependant, parce que l'activité magnétique des étoiles binaires fluctue périodiquement, tout comme le champ magnétique du soleil change de polarité tous les 11 ans, avec des turbulences et le nombre et la taille des taches solaires culminant puis diminuant.

"Les variations de l'activité magnétique du soleil provoquent éventuellement un changement de son champ magnétique. La même chose est vraie pour toutes les étoiles isolées. Dans les binaires, ces variations provoquent également un changement de période orbitale dû à ce que nous appelons le mécanisme Applegate, " expliqua Almeida.

Pour réfuter l'hypothèse selon laquelle les variations de la période orbitale de KIC 10544976 étaient dues uniquement à l'activité magnétique, les chercheurs ont analysé l'effet de la variation temporelle de l'éclipse et le cycle d'activité magnétique de l'étoile vivante du binaire.

KIC 10544976 se compose d'une naine blanche, un mort, étoile de faible masse avec une température de surface élevée, et une naine rouge, une étoile vivante (magnétiquement active) avec une petite masse comparée à celle du soleil et une faible luminosité due à une faible production d'énergie. Les deux étoiles ont été suivies par des télescopes au sol entre 2005 et 2017 et par Kepler entre 2009 et 2013, produire des données minute par minute.

« Le système est unique, " a déclaré Almeida. "Aucun système similaire ne dispose de suffisamment de données pour nous permettre de calculer la variation de la période orbitale et l'activité du cycle magnétique pour l'étoile vivante."

En utilisant les données Kepler, ils ont pu estimer le cycle magnétique de l'étoile vivante (naine rouge) sur la base du taux et de l'énergie des éruptions (grandes éruptions de rayonnement électromagnétique) et de la variabilité due aux taches (régions de température de surface plus froide et donc d'obscurité causée par différentes concentrations de flux de champ magnétique).

L'analyse des données a montré que le cycle d'activité magnétique de la naine rouge a duré 600 jours, ce qui est cohérent avec les cycles magnétiques estimés pour les étoiles isolées de faible masse. La période orbitale du binaire a été estimée à 17 ans. "Cela réfute complètement l'hypothèse selon laquelle la variation de la période orbitale est due à l'activité magnétique. L'explication la plus plausible est la présence d'une planète géante en orbite autour du binaire, avec une masse environ 13 fois celle de Jupiter, " a déclaré Almeida.

Hypothèses de formation

Comment la planète en orbite autour du binaire s'est formée est inconnue. Une hypothèse est qu'elle s'est développée en même temps que les deux étoiles il y a des milliards d'années. Si c'est le cas, c'est une planète de première génération. Une autre hypothèse est qu'il s'est formé à partir du gaz éjecté lors de la mort de la naine blanche, ce qui en fait une planète de deuxième génération.

La confirmation de son statut de planète de première ou de deuxième génération et sa détection directe en orbite autour du binaire pourraient être obtenues en utilisant la nouvelle génération de télescopes au sol avec des miroirs primaires dépassant les 20 mètres, y compris le télescope géant de Magellan (GMT) installé dans le désert d'Atacama au Chili. Le GMT devrait voir le jour en 2024.

"Nous sondons 20 systèmes dans lesquels des corps externes pourraient montrer des effets gravitationnels, tels que KIC 10544976, et la plupart ne sont observables que depuis l'hémisphère sud. Le GMT va nous permettre de détecter directement ces objets et d'obtenir des réponses importantes sur la formation et l'évolution de ces milieux exotiques, ainsi que la possibilité d'y vivre, " a déclaré Almeida.