Grâce à une multitude de télescopes dans l'espace et sur Terre – et même une paire d'astronomes amateurs en Arizona – un astronome de l'Université du Wisconsin-Madison et ses collègues ont découvert une planète de la taille de Jupiter en orbite à une vitesse vertigineuse autour d'une lointaine étoile naine blanche. Le système, à environ 80 années-lumière, viole toutes les conventions courantes sur les étoiles et les planètes. La naine blanche est le vestige d'une étoile semblable au soleil, considérablement réduite à environ la taille de la Terre, pourtant il conserve la moitié de la masse du soleil. La planète massive surplombe sa petite étoile, dont il tourne toutes les 34 heures grâce à une orbite incroyablement proche. En revanche, Mercure met 90 jours relativement léthargiques pour orbiter autour du soleil. Bien qu'il y ait eu des indices de grandes planètes en orbite près de naines blanches dans le passé, les nouvelles découvertes sont la preuve la plus claire à ce jour de l'existence de ces appariements bizarres. Cette confirmation met en évidence les diverses manières dont les systèmes stellaires peuvent évoluer et peut donner un aperçu du destin de notre propre système solaire. Un tel système de naines blanches pourrait même fournir un arrangement habitable rare pour que la vie survienne à la lumière d'une étoile mourante.

"Nous n'avons jamais vu de preuve auparavant d'une planète s'approchant si près d'une naine blanche et survivant. C'est une agréable surprise, " déclare le chercheur principal Andrew Vanderburg, qui a récemment rejoint le département d'astronomie de l'UW-Madison en tant que professeur adjoint. Vanderburg a terminé le travail alors qu'il était membre indépendant de la NASA Sagan à l'Université du Texas à Austin.

Les chercheurs ont publié leurs résultats le 16 septembre dans la revue La nature . Vanderburg a mené une grande, collaboration internationale des astronomes qui ont analysé les données. Les télescopes contributeurs comprenaient le télescope de chasse aux exoplanètes de la NASA TESS et deux grands télescopes au sol dans les îles Canaries.

Vanderburg était à l'origine attiré par l'étude des naines blanches - les restes d'étoiles de la taille du soleil après avoir épuisé leur combustible nucléaire - et leurs planètes par accident. Pendant ses études supérieures, il examinait les données du prédécesseur de TESS, le télescope spatial Kepler, et a remarqué une naine blanche avec un nuage de débris autour d'elle.

"Ce que nous avons fini par découvrir, c'est qu'il s'agissait d'une planète mineure ou d'un astéroïde qui se déchirait pendant que nous regardions, ce qui était vraiment cool, " dit Vanderburg. La planète avait été détruite par la gravité de l'étoile après que sa transition vers une naine blanche ait provoqué la chute de l'orbite de la planète vers l'étoile.

Depuis, Vanderburg s'est demandé si les planètes, surtout les gros, pourrait survivre au voyage vers une étoile vieillissante.

En scannant les données de milliers de systèmes de naines blanches collectées par TESS, les chercheurs ont repéré une étoile dont la luminosité diminuait de moitié environ tous les jours et demi, un signe que quelque chose de gros passait devant l'étoile sur un serré, orbite rapide comme l'éclair. Mais il était difficile d'interpréter les données car l'éclat d'une étoile proche interférait avec les mesures de TESS. Pour surmonter cet obstacle, les astronomes ont complété les données TESS des télescopes au sol à haute résolution, dont trois dirigés par des astronomes amateurs.

"Une fois l'éblouissement maîtrisé, en une nuit, ils ont obtenu des données beaucoup plus belles et plus propres que celles que nous avons obtenues avec un mois d'observations depuis l'espace, " dit Vanderburg. Parce que les naines blanches sont tellement plus petites que les étoiles normales, les grosses planètes qui passent devant elles bloquent une grande partie de la lumière de l'étoile, rendant la détection par les télescopes au sol beaucoup plus simple.

Les données ont révélé qu'une planète à peu près de la taille de Jupiter, peut-être un peu plus grand, tournait très près de son étoile. L'équipe de Vanderburg pense que la géante gazeuse est partie beaucoup plus loin de l'étoile et s'est déplacée dans son orbite actuelle après que l'étoile se soit transformée en naine blanche.

La question est devenue :comment cette planète a-t-elle évité d'être déchirée lors des bouleversements ? Les modèles précédents d'interactions naine blanche-planète ne semblaient pas correspondre à ce système stellaire particulier.

Les chercheurs ont effectué de nouvelles simulations qui ont fourni une réponse potentielle au mystère. Quand l'étoile a manqué de carburant, il s'est développé en une géante rouge, engloutissant toutes les planètes voisines et déstabilisant la planète de la taille de Jupiter qui orbite plus loin. Cela a causé à la planète une exagération, orbite ovale qui est passée très près de la naine blanche maintenant rétrécie mais a également projeté la planète très loin au sommet de l'orbite.

Au fil des éons, l'interaction gravitationnelle entre la naine blanche et sa planète a lentement dispersé l'énergie, guidant finalement la planète dans un étroit, orbite circulaire qui ne prend qu'un jour et demi. Ce processus prend du temps, des milliards d'années. Cette naine blanche particulière est l'une des plus anciennes observées par le télescope TESS à près de 6 milliards d'années, beaucoup de temps pour ralentir son énorme partenaire planétaire.

Alors que les naines blanches ne font plus de fusion nucléaire, ils libèrent encore de la lumière et de la chaleur en refroidissant. Il est possible qu'une planète assez proche d'une étoile aussi mourante se retrouve dans la zone habitable, la région près d'une étoile où l'eau liquide peut exister, présumé être nécessaire pour que la vie apparaisse et survive.

Maintenant que la recherche a confirmé que ces systèmes existent, ils offrent une opportunité alléchante de rechercher d'autres formes de vie. La structure unique des systèmes de planètes naines blanches offre une occasion idéale d'étudier les signatures chimiques des atmosphères des planètes en orbite, un moyen potentiel de rechercher des signes de vie à distance.

"Je pense que la partie la plus excitante de ce travail est ce que cela signifie à la fois pour l'habitabilité en général - peut-il y avoir des régions hospitalières dans ces systèmes solaires morts - et aussi pour notre capacité à trouver des preuves de cette habitabilité, " dit Vanderburg.