Presque visible à l'œil nu dans la constellation de Draco, l'étoile HD 158259 est observée depuis sept ans par des astronomes utilisant le spectrographe SOPHIE. Cet instrument, installé à l'Observatoire de Haute-Provence dans le Sud de la France, acquis 300 mesures de l'étoile. L'analyse des données effectuée par une équipe internationale dirigée par des chercheurs de l'Université de Genève (UNIGE), a abouti à la découverte que HD 158259 a six compagnons planétaires :une "super-Terre" et cinq "mini-Neptunes". Ces planètes affichent un espacement exceptionnellement régulier, qui fait allusion à la façon dont le système a pu se former. Cette étude, publié dans la revue Astronomie &Astrophysique , comprend également les observations du télescope spatial TESS de l'étoile, qui dévoilent la densité de la planète la plus intime.

Les mesures SOPHIE de HD 158259 permettent de mesurer avec une grande précision la vitesse radiale de l'étoile, c'est-à-dire sa vitesse de l'étoile dans la direction de la ligne de mire. C'est le même type de mesure qui a conduit à la découverte du 51 Peg b par les prix Nobel 2019 Michel Mayor et Didier Queloz en 1995. De plus, la détection de 51 Peg b et des six planètes de HD 158259 a été effectuée à l'aide du même télescope.

Dévoiler un système avec de si petites planètes n'aurait pas été possible en 1995, ni à l'installation de SOPHIE en 2006. « La découverte de ce système exceptionnel a été rendue possible grâce à l'acquisition d'un grand nombre de mesures, ainsi qu'une amélioration spectaculaire de l'instrument et de nos techniques de traitement du signal, " dit François Bouchy, professeur au Département d'astronomie de la Faculté des sciences de l'UNIGE et coordinateur du programme d'observation. "C'est un excellent travail et montre le rôle important que jouent les petits télescopes dans l'avancement des progrès de l'astronomie grâce à des recherches de haute qualité utilisant d'anciens télescopes, mais des observatoires bien financés, " ajoute Paul A. Wilson, chercheur à l'Université de Warwick et co-auteur de l'étude.

Les observations de SOPHIE ont montré que la planète la plus proche de HD 158259 et les cinq planètes extérieures présentent des masses de deux et six fois celles de la Terre, respectivement. Le système s'est avéré compact, en ce sens que la distance de la planète la plus externe à son étoile est 2,6 fois plus petite que la distance entre Mercure et le Soleil. Par ailleurs, Le télescope spatial TESS de la NASA a observé une diminution de la luminosité de l'étoile alors que la planète la plus interne transitait entre l'observateur et l'étoile. « Les mesures TESS soutiennent fortement la détection de la planète et nous permettent d'estimer son rayon, qui apporte des informations très précieuses sur la structure interne de la planète, " dit Isabelle Boisse, chercheur au Laboratoire d'Astrophysique de Marseille et co-auteur de l'étude.

Planètes en rythme

Des centaines de systèmes multi-planétaires sont connus, mais seulement une douzaine contiennent six planètes ou plus. La présence de six planètes en orbite autour de HD 158259 rend ce système remarquable, mais sa caractéristique la plus intéressante est sa régularité. En effet, le rapport de période de deux planètes successives est proche de 3:2. Cela signifie que lorsque la première planète - la plus proche de l'étoile - accomplit trois orbites, le second en complète environ deux. Alors que cette deuxième planète accomplit trois orbites, le troisième en complète environ deux, etc.

Cette situation est mieux comprise dans le cadre général de « résonance, " qui joue un rôle clé dans l'architecture des systèmes planétaires. Plusieurs planètes sont dites en résonance lorsqu'elles se retrouvent périodiquement dans la même configuration après avoir effectué un nombre potentiellement différent d'orbites. " C'est comparable à plusieurs musiciens battant des rythmes distincts, pourtant qui battent en même temps au début de chaque mesure, " dit Nathan C. Hara, chercheur au Département d'astronomie de la Faculté des sciences de l'UNIGE, membre de l'institut PlanetS et premier auteur de l'étude. Les planètes peuvent également être proches de la résonance, mais pas exactement à l'intérieur. C'est le cas des planètes de HD 158259.

Déduire l'historique du système

Pourquoi ce système est-il intéressant ? L'un des objectifs de l'étude des systèmes planétaires est de comprendre leur formation. A ce sujet, plusieurs questions sont encore débattues. En particulier :les planètes se forment-elles près de leur position finale dans le système, ou se déplacent-ils à travers le système après leur formation ? Ce dernier scénario, appelée migration planétaire, semble expliquer la formation des six planètes de HD 158259. "Plusieurs systèmes compacts avec plusieurs planètes dans, ou proches de résonances sont connus, tels que TRAPPIST-1 ou Kepler-80. On pense que de tels systèmes se forment loin de l'étoile avant de migrer vers elle. Dans ce scénario, les résonances jouent un rôle crucial, " dit Stéphane Udry, professeur au Département d'astronomie de la Faculté des sciences de l'UNIGE.

Dans le système du HD 15829, quand une planète accomplit trois orbites, son voisin extérieur le plus proche en complète environ deux. "Ici, « à propos » est important. Outre l'omniprésence du ratio de période 3:2, cela constitue l'originalité du système, " dit Nathan Hara. Les planètes sont proches de la résonance, mais pas exactement à l'intérieur. Cela suggère que les planètes étaient piégées dans la résonance dans le passé, migré de manière synchrone, puis s'est éloigné de la résonance. "En outre, l'écart actuel des ratios de période de 3:2 contient une mine d'informations. Avec ces valeurs d'une part, et les modèles à effet de marée d'autre part, nous pourrions contraindre la structure interne des planètes dans une future étude. En résumé, l'état actuel du système nous donne une fenêtre sur sa formation, " conclut le Hara.