Depuis plus d'une décennie, les astronomes ont recherché des planètes en orbite autour de AU Microscopii, une étoile proche encore entourée d'un disque de débris laissés par sa formation. Maintenant, les scientifiques utilisant les données du Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) de la NASA et du télescope spatial Spitzer à la retraite rapportent la découverte d'une planète aussi grande que Neptune qui fait le tour de la jeune étoile en un peu plus d'une semaine.

Le système, connu sous le nom AU Mic pour faire court, fournit un laboratoire unique pour étudier comment les planètes et leurs atmosphères se forment, évoluer et interagir avec leurs étoiles.

"AU Mic est un jeune, étoile naine M à proximité. Il est entouré d'un vaste disque de débris dans lequel des amas de poussière en mouvement ont été suivis, et maintenant, merci à TESS et Spitzer, il a une planète avec une mesure de taille directe, " a déclaré Bryson Cale, un étudiant au doctorat à l'Université George Mason à Fairfax, Virginie. "Il n'y a aucun autre système connu qui vérifie toutes ces cases importantes."

La nouvelle planète, AU Mic b, est décrit dans un article co-écrit par Cale et dirigé par son conseiller Peter Plavchan, professeur adjoint de physique et d'astronomie à George Mason. Leur rapport a été publié mercredi, 24 juin dans la revue La nature .

AU Mic b est présenté dans une nouvelle affiche de la NASA disponible en anglais et en espagnol, partie d'une série Galaxy of Horrors. La série amusante mais informative est le résultat d'une collaboration de scientifiques et d'artistes et a été produite par le bureau du programme d'exploration des exoplanètes de la NASA.

AU Mic est une étoile naine rouge froide avec un âge estimé entre 20 et 30 millions d'années, ce qui en fait un enfant stellaire par rapport à notre Soleil, qui est au moins 150 fois plus vieux. L'étoile est si jeune qu'elle brille principalement à cause de la chaleur générée lorsque sa propre gravité la tire vers l'intérieur et la comprime. Moins de 10% de l'énergie de l'étoile provient de la fusion de l'hydrogène en hélium dans son noyau, le processus qui alimente les étoiles comme notre Soleil.

Le système est situé à 31,9 années-lumière dans la constellation australe Microscopium. Il fait partie d'une collection d'étoiles à proximité appelée Beta Pictoris Moving Group, qui tire son nom d'un plus grand, étoile de type A plus chaude qui abrite deux planètes et est également entourée d'un disque de débris.

Bien que les systèmes aient le même âge, leurs planètes sont nettement différentes. La planète AU Mic b étreint presque son étoile, terminer une orbite tous les 8,5 jours. Il pèse moins de 58 fois la masse de la Terre, le plaçant dans la catégorie des mondes de type Neptune. Beta Pictoris b et c, cependant, sont tous les deux au moins 50 fois plus massifs que les AU Mic b et prennent 21 et 3,3 ans, respectivement, en orbite autour de leur étoile.

"Nous pensons que AU Mic b s'est formé loin de l'étoile et a migré vers son orbite actuelle, quelque chose qui peut arriver lorsque les planètes interagissent gravitationnellement avec un disque de gaz ou avec d'autres planètes, " a déclaré le co-auteur Thomas Barclay, chercheur associé à l'Université du Maryland, Le comté de Baltimore et un scientifique associé du projet TESS au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland. "Par contre, L'orbite de Beta Pictoris b ne semble pas avoir beaucoup migré. Les différences entre ces systèmes d'âge similaire peuvent nous en dire beaucoup sur la façon dont les planètes se forment et migrent."

Détecter des planètes autour d'étoiles comme AU Mic pose un défi particulier. Ces étoiles orageuses possèdent de puissants champs magnétiques et peuvent être recouvertes de taches stellaires—plus froides, des régions plus sombres et hautement magnétiques, semblables à des taches solaires, qui produisent fréquemment de puissantes éruptions stellaires. Les taches et leurs éruptions contribuent aux changements de luminosité de l'étoile.

En juillet et août 2018, quand TESS observait AU Mic, l'étoile a produit de nombreuses fusées éclairantes, dont certaines étaient plus puissantes que les plus fortes éruptions jamais enregistrées sur le Soleil. L'équipe a effectué une analyse détaillée pour supprimer ces effets des données TESS.

Quand une planète passe devant son étoile de notre point de vue, un événement appelé transit, son passage provoque une baisse nette de la luminosité de l'étoile. TESS surveille de larges pans du ciel, appelés secteurs, pendant 27 jours à la fois. Pendant ce long regard, les caméras de la mission capturent régulièrement des instantanés qui permettent aux scientifiques de suivre les changements de luminosité stellaire.

Des baisses régulières de la luminosité d'une étoile signalent la possibilité d'une planète en transit. D'habitude, il faut au moins deux transits observés pour reconnaître la présence d'une planète.

"Par chance, le deuxième des trois transits TESS s'est produit lorsque le vaisseau spatial était près de son point le plus proche de la Terre. À de tels moments, TESS n'observe pas car il est occupé à transférer toutes les données stockées, " a déclaré la co-auteur Diana Dragomir, professeur assistant de recherche à l'Université du Nouveau-Mexique à Albuquerque. "Pour combler l'écart, notre équipe a obtenu du temps d'observation sur Spitzer, qui a capté deux transits supplémentaires en 2019 et nous a permis de confirmer la période orbitale de AU Mic b. »

Spitzer était un observatoire infrarouge polyvalent fonctionnant de 2003 jusqu'à sa mise hors service le 30 janvier 2020. La mission s'est avérée particulièrement apte à détecter et à étudier les exoplanètes autour d'étoiles froides. Spitzer a renvoyé les observations AU Mic au cours de sa dernière année.

Parce que la quantité de lumière bloquée par un transit dépend de la taille de la planète et de la distance orbitale, les transits TESS et Spitzer fournissent une mesure directe de la taille de l'AU Mic b. L'analyse de ces mesures montre que la planète est environ 8% plus grande que Neptune.

Les observations d'instruments sur des télescopes au sol fournissent des limites supérieures pour la masse de la planète. Comme une planète orbite, sa gravité tire sur son étoile hôte, qui bouge légèrement en réponse. Les instruments sensibles des grands télescopes peuvent détecter la vitesse radiale de l'étoile, son mouvement de va-et-vient le long de notre ligne de mire. En combinant les observations de l'Observatoire W. M. Keck et du télescope infrarouge de la NASA à Hawaï et de l'Observatoire européen austral au Chili, l'équipe a conclu que AU Mic b a une masse inférieure à 58 Terres.

Cette découverte montre la puissance de TESS pour fournir de nouvelles informations sur des étoiles bien étudiées comme AU Mic, où d'autres planètes peuvent attendre d'être trouvées.

"Il y a un événement de transit candidat supplémentaire vu dans les données TESS, et TESS, espérons-le, revisitera AU Mic plus tard cette année dans sa mission prolongée, " a déclaré Plavchan. " Nous continuons à surveiller l'étoile avec des mesures précises de la vitesse radiale, alors restez à l'écoute."

Depuis des décennies, AU Mic a intrigué les astronomes en tant que foyer possible des planètes grâce à sa proximité, disque de jeunesse et de débris brillants. Maintenant que TESS et Spitzer en ont trouvé un, l'histoire boucle la boucle. AU Mic est un système de pierre de touche, un laboratoire de proximité pour comprendre la formation et l'évolution des étoiles et des planètes qui seront étudiées pour les décennies à venir.