Les nouvelles observations montrent que l'équateur stellaire (à droite) est aligné avec le plan orbital de la planète Beta Pictoris b (au milieu) et le plan du disque étendu de débris qui entoure le système (à gauche). Crédit :ESO/A.M. Lagrange; ESO/A.M. Consortium Lagrange/SPHERE Crédit :Stefan Kraus
Les astronomes ont effectué la première mesure de l'alignement spin-orbite d'une lointaine planète "super-Jupiter", démontrant une technique qui pourrait permettre des percées dans la quête pour comprendre comment les systèmes exoplanétaires se forment et évoluent.
Une équipe internationale de scientifiques, dirigé par le professeur Stefan Kraus de l'Université d'Exeter, a effectué les mesures de l'exoplanète Beta Pictoris b, située à 63 années-lumière de la Terre.
La planète, trouvé dans la constellation du Pictor, a une masse d'environ 11 fois celle de Jupiter et orbite autour d'une jeune étoile sur une orbite similaire à celle de Saturne dans notre système solaire.
L'étude, publié aujourd'hui (29 juin 2020) dans le Lettres de revues astrophysiques , C'est la première fois que des scientifiques mesurent l'alignement spin-orbite d'un système planétaire directement imagé.
Surtout, les résultats donnent un nouvel aperçu de l'amélioration de notre compréhension de l'histoire de la formation et de l'évolution du système planétaire.
Le professeur Kraus a déclaré:"Le degré d'alignement d'une étoile et d'une orbite planétaire nous en dit long sur la façon dont une planète s'est formée et si plusieurs planètes du système ont interagi dynamiquement après leur formation."
Certaines des premières théories du processus de formation des planètes ont été proposées par les éminents astronomes du XVIIIe siècle, Kant et Laplace. Ils ont noté que les orbites des planètes du système solaire sont alignées les unes avec les autres, et avec l'axe de rotation du Soleil, et a conclu que le système solaire s'est formé à partir d'un disque protoplanétaire en rotation et aplati.
"Ce fut une surprise majeure lorsqu'il a été découvert que plus d'un tiers de toutes les exoplanètes proches orbitent autour de leur étoile hôte sur des orbites désalignées par rapport à l'équateur stellaire.", a déclaré le professeur Kraus.
Pour dériver l'axe de rotation stellaire de Beta Pictoris, l'équipe a utilisé le mode unique de résolution angulaire et spectrale élevée de VLTI/GRAVITY pour mesurer les changements de position du centroïde dans la raie d'absorption gamma Brackett-hydrogène à l'échelle de la microseconde d'arc. Dans la partie décalée vers le bleu de la raie d'absorption, le centre de gravité de l'émission est déplacé vers le nord-est, ce qui indique que l'hémisphère sud-ouest de l'étoile se rapproche de l'observateur. Crédit :Stefan Kraus
"Quelques exoplanètes ont même été découvertes en orbite dans la direction opposée à la direction de rotation de l'étoile. Ces observations remettent en question la perception de la formation des planètes comme un processus soigné et bien ordonné se déroulant dans un disque géométriquement mince et coplanaire."
Pour l'étude, les chercheurs ont conçu une méthode innovante qui mesure le minuscule déplacement spatial de moins d'un milliardième de degré causé par la rotation de Beta Pictoris.
L'équipe a utilisé l'instrument GRAVITY au VLTI, qui combine la lumière de télescopes séparés de 140 mètres, pour effectuer les mesures. Ils ont découvert que l'axe de rotation stellaire est aligné avec les axes orbitaux de la planète Beta Pictoris b et son disque de débris étendu.
"L'absorption de gaz dans l'atmosphère stellaire provoque un minuscule déplacement spatial dans les raies spectrales qui peuvent être utilisées pour déterminer l'orientation de l'axe de rotation stellaire.", a déclaré le Dr Jean-Baptiste LeBouquin, astronome à l'Université de Grenoble en France et membre de l'équipe.
"Le défi est que ce déplacement spatial est extrêmement faible :environ 1/100e du diamètre apparent de l'étoile, ou l'équivalent de la taille d'un pas humain sur la Lune vu de la Terre."
Les résultats montrent que le système Beta Pictoris est aussi bien aligné que notre propre système solaire. Cette découverte favorise la diffusion planète-planète comme cause des obliquités d'orbite observées dans des systèmes plus exotiques avec des Jupiters chauds.
Cependant, des observations sur un large échantillon de systèmes planétaires seront nécessaires pour répondre de manière concluante à cette question. L'équipe propose un nouvel instrument interférométrique qui leur permettra d'obtenir ces mesures sur de nombreux autres systèmes planétaires qui sont sur le point d'être découverts.
"Un instrument dédié à haute résolution spectrale au VLTI pourrait mesurer l'alignement spin-orbite de centaines de planètes, y compris ceux sur des orbites à longue période.", a déclaré le professeur Kraus, "Cela nous aidera à répondre à la question de savoir quels processus dynamiques façonnent l'architecture des systèmes planétaires."
