Au cours des quatre dernières années, un instrument attaché à un télescope dans les Andes chiliennes, connu sous le nom de Gemini Planet Imager, a posé son regard sur 531 étoiles à la recherche de nouvelles planètes. L'équipe, dirigé par l'Université de Stanford, publie maintenant les premiers résultats de la première moitié de l'enquête, publié le 12 juin dans Le Journal astronomique .

L'enquête a imagé six planètes et trois naines brunes en orbite autour de ces 300 étoiles et a offert de nouveaux détails sur les planètes semblables à Jupiter, ce qui pourrait influencer les théories sur la façon dont la Terre s'est formée et est devenue habitable.

« Au cours des vingt dernières années, les astronomes ont découvert tous ces systèmes solaires qui sont vraiment différents du nôtre, " a déclaré Bruce Macintosh, professeur de physique à Stanford à la School of Humanities and Sciences. "La question que nous voulons comprendre en fin de compte est :y a-t-il des éléments porteurs de vie, Des planètes semblables à la Terre ? Et une façon de répondre à cela est de comprendre comment les autres systèmes solaires se forment."

Contrairement aux autres techniques de chasse aux planètes, qui reposent sur la recherche de signes d'une planète - comme l'effet de sa gravité sur l'étoile mère - plutôt que sur la planète elle-même, le Gemini Planet Imager prend des images directes, choisir la faible planète dans l'éclat d'une étoile un million de fois plus brillante.

"Les planètes géantes de notre propre système solaire vivent entre cinq et 30 fois la distance orbitale de la Terre, et pour la première fois, nous sondons une région similaire autour d'autres étoiles, " a déclaré Eric Nielsen, chercheur à l'Institut Kavli d'astrophysique des particules et de cosmologie et auteur principal de l'article. "C'est assez excitant de pouvoir commencer à dresser un recensement des planètes plus grandes que Jupiter dans les systèmes solaires externes de certaines de nos étoiles voisines."

Peut-être un système spécial

La plupart des autres techniques sondent les parties internes des systèmes solaires. Mais le Gemini Planet Imager se concentre spécifiquement sur les exoplanètes qui sont grandes, jeunes et loin de l'étoile qu'ils orbitent. Dans notre système solaire, les parties extérieures sont la maison des planètes géantes. Le Gemini Planet Imager aide les chercheurs à mieux comprendre si d'autres systèmes solaires ont des planètes comme Jupiter. Cependant, tandis que le Gemini Planet Imager est l'un des imageurs de planète les plus sensibles, il y a encore des objets qui lui échappent et les planètes que cette équipe peut actuellement voir sont celles qui ont plus de deux fois la masse de Jupiter.

Dans la première moitié de l'enquête, le Gemini Planet Imager a trouvé moins d'exoplanètes que les chercheurs ne s'y attendaient. Cependant, les exoplanètes qu'ils ont vues ont contribué à l'un de leurs résultats les plus forts :chacune des six planètes a orbité un grand, étoile brillante - malgré le fait que les planètes sont plus faciles à voir près des étoiles faibles. Cela montre de manière concluante que les planètes géantes en orbite large sont plus courantes autour des étoiles de grande masse, au moins 1,5 fois plus massive que le soleil. Pendant ce temps, pour les étoiles semblables au soleil, Les plus grandes cousines de Jupiter sont beaucoup plus rares que les petites planètes découvertes près de leur étoile par des missions comme Kepler de la NASA.

"Compte tenu de ce que nous et d'autres sondages avons vu jusqu'à présent, notre système solaire ne ressemble pas aux autres systèmes solaires, " a déclaré Macintosh. " Nous n'avons pas autant de planètes aussi proches du soleil qu'elles le font de leurs étoiles et nous avons maintenant des preuves provisoires qu'une autre façon dont nous pourrions être rares est d'avoir ce genre de Jupiter-et- des planètes."

Bien que les exoplanètes exactes équivalentes à Jupiter soient juste au-delà de la portée de leurs instruments, ne pas trouver la moindre trace de quelque chose de semblable à Jupiter autour de ces 300 étoiles laisse ouverte la possibilité que notre Jupiter soit spécial.

Un autre résultat de la première moitié de l'enquête est que les naines brunes - des objets plus grands que les planètes mais plus petits que les étoiles - sont une population très distincte des planètes. Cela peut indiquer un mécanisme de formation différent pour cette classe d'objets, suggérant que les naines brunes ressemblent plus à des étoiles ratées qu'à des planètes de grande taille.

Combiné avec d'autres techniques, cet article identifie une distance d'une étoile à laquelle le nombre de planètes géantes va d'augmenter à diminuer, à environ cinq à 10 unités astronomiques (une unité astronomique est la distance du soleil à la Terre).

"La région du milieu pourrait être l'endroit où vous êtes le plus susceptible de trouver des planètes plus grandes que Jupiter autour d'autres étoiles, " Nielsen a ajouté, "ce qui est très intéressant puisque c'est là que nous voyons Jupiter et Saturne dans notre propre système solaire."

Les trois principales découvertes soutiennent l'hypothèse que les planètes géantes se forment probablement "de bas en haut" par accumulation de particules autour d'un noyau solide, tandis que les naines brunes se forment probablement "de haut en bas" en raison d'énormes instabilités gravitationnelles dans le disque de gaz et de poussière à partir duquel un système solaire se développe.

Travailler leur chemin vers la Terre

Le Gemini Planet Imager Exoplanet Survey (GPIES) a observé son 531e, et finale, nouvelle étoile en janvier 2019. L'équipe Gemini Planet Imager travaille maintenant à rendre l'instrument plus sensible aux plus petits, exoplanètes plus froides qui orbitent plus près de leurs soleils. Pendant ce temps, les relevés capables d'observer indirectement ces exoplanètes déplacent leur sensibilité vers l'extérieur. Dans un avenir pas si lointain, les deux devraient se réunir aux coins de l'espace où un système solaire comme le nôtre pourrait encore se cacher. Quel que soit l'instrument le premier à être capable de visualiser directement un monde semblable à la Terre, Macintosh imagine que ce sera, au moins en partie, un descendant du Gemini Planet Imager.

"À l'heure actuelle, nous voyons ces planètes comme floues, taches rouges. Un jour, ça va être une goutte bleue floue. Et ce petit, minuscule, flou, Blue blob va être une Terre, " Dit Macintosh. " Arriver sur Terre demandera une mission spatiale dans environ 20 ans. Mais quand il vole, il utilisera un spectrographe comme celui que nous avons construit et des miroirs déformables comme ce que nous avons et un logiciel avec des lignes de code que nous avons écrites."

Plus immédiatement, les membres de l'équipe GPIES prévoient de publier des résultats supplémentaires sur l'enquête, y compris les informations qu'ils ont recueillies sur les atmosphères des exoplanètes qu'ils ont vues, et terminer l'analyse des données obtenues au cours de la seconde moitié de l'enquête.

"J'ai aidé à prendre les premières images de recherche de planète GPIES il y a quatre ans et demi, " dit Robert De Rosa, chercheur à l'Institut Kavli d'astrophysique des particules et de cosmologie et co-auteur de l'article, qui a passé de nombreuses nuits à observer avec le Gemini Planet Imager au Chili et à distance depuis Stanford. "C'est doux-amer de le voir toucher à sa fin."