Dans un délicieux alignement d'astronomie et de mathématiques, des scientifiques du MIT et d'ailleurs ont découvert une "Terre pi", une planète de la taille de la Terre qui tourne autour de son étoile tous les 3,14 jours, sur une orbite rappelant la constante mathématique universelle.

Les chercheurs ont découvert des signaux de la planète dans les données prises en 2017 par la mission K2 du télescope spatial Kepler de la NASA. En se concentrant sur le système plus tôt cette année avec SPECULOOS, un réseau de télescopes au sol, l'équipe a confirmé que les signaux provenaient d'une planète en orbite autour de son étoile. Et en effet, la planète semble encore tourner autour de son étoile aujourd'hui, avec une période de type pi, tous les 3,14 jours.

"La planète bouge comme une horloge, " dit Prajwal Niraula, un étudiant diplômé du Département de la Terre du MIT, Sciences de l'atmosphère et des planètes (EAPS), qui est l'auteur principal d'un article publié aujourd'hui dans le Journal astronomique , intitulé :"π Terre :une planète de la taille de la Terre de 3,14 jours de la cuisine de K2 servie chaudement par l'équipe SPECULOOS."

"Tout le monde a besoin de s'amuser ces jours-ci, " dit le co-auteur Julien de Wit, du titre de l'article et de la découverte de la planète pi elle-même.

Extraction de la planète

La nouvelle planète est étiquetée K2-315b; c'est le 315e système planétaire découvert dans les données K2, juste un système de moins qu'une place encore plus fortuite sur la liste.

Les chercheurs estiment que K2-315b a un rayon de 0,95 celui de la Terre, ce qui en fait à peu près la taille de la Terre. Il orbite au frais, étoile de faible masse qui fait environ un cinquième de la taille du soleil. La planète fait le tour de son étoile tous les 3,14 jours, à une vitesse fulgurante de 81 kilomètres par seconde, soit environ 181, 000 milles à l'heure.

Bien que sa masse reste à déterminer, les scientifiques soupçonnent que K2-315b est terrestre, comme la Terre. Mais la planète pi n'est probablement pas habitable, comme son orbite serrée rapproche la planète suffisamment de son étoile pour chauffer sa surface jusqu'à 450 kelvins, ou environ 350 degrés Fahrenheit—parfait, comme il s'avère, pour cuire une vraie tarte.

"Ce serait trop chaud pour être habitable dans la compréhension commune de la phrase, " dit Niraula, qui ajoute que l'excitation autour de cette planète particulière, en dehors de ses associations avec la constante mathématique pi, est qu'il peut s'avérer un candidat prometteur pour l'étude des caractéristiques de son atmosphère.

"Nous savons maintenant que nous pouvons extraire et extraire des planètes à partir de données d'archives, et j'espère qu'il n'y aura pas de planètes laissées pour compte, en particulier ceux qui sont vraiment importants et qui ont un impact élevé, " dit de Wit, qui est professeur assistant à l'EAPS, et membre de l'Institut Kavli d'astrophysique et de recherche spatiale du MIT.

Les co-auteurs de Niraula et de Wit au MIT incluent Benjamin Rackham et Artem Burdanov, avec une équipe de collaborateurs internationaux.

Des creux dans les données

Les chercheurs sont membres de SPECULOOS, un acronyme pour The Search for habitable Planets EClipsing ULtra-cOOl Stars, et nommé pour un réseau de quatre télescopes de 1 mètre dans le désert d'Atacama au Chili, qui scrutent le ciel à travers l'hémisphère sud. Plus récemment, le réseau a ajouté un cinquième télescope, qui est le premier à être situé dans l'hémisphère nord, nommé Artemis, un projet mené par des chercheurs du MIT.

Les télescopes SPECULOOS sont conçus pour rechercher des planètes semblables à la Terre à proximité, nains ultrafroids - petits, des étoiles faibles qui offrent aux astronomes une meilleure chance de repérer une planète en orbite et de caractériser son atmosphère, comme ces étoiles n'ont pas l'éclat de beaucoup plus grandes, étoiles plus brillantes.

"Ces nains ultra-froids sont dispersés dans tout le ciel, " dit Burdanov. " Les relevés au sol ciblés comme SPECULOOS sont utiles car nous pouvons examiner ces naines ultrafroides une par une. "

En particulier, les astronomes examinent les étoiles individuelles pour des signes de transits, ou des creux périodiques dans la lumière d'une étoile, qui signalent un éventuel croisement de planète devant l'étoile, et bloquant brièvement sa lumière.

Plus tôt cette année, Niraula est tombé sur un nain frais, légèrement plus chaud que le seuil communément admis pour un nain ultrafroid, dans les données recueillies par la campagne K2, la deuxième mission d'observation du télescope spatial Kepler, qui surveillait des éclats du ciel pendant que le vaisseau spatial tournait autour du soleil.

Sur plusieurs mois en 2017, le télescope Kepler a observé une partie du ciel qui comprenait le nain froid, étiqueté dans les données K2 comme EPIC 249631677. Niraula a passé au peigne fin cette période et a trouvé environ 20 creux à la lumière de cette étoile, qui semblait se répéter tous les 3,14 jours.

L'équipe a analysé les signaux, tester différents scénarios astrophysiques potentiels pour leur origine, et a confirmé que les signaux étaient probablement d'une planète en transit, et non un produit de certains autres phénomènes tels qu'un système binaire de deux étoiles en spirale.

Les chercheurs ont alors prévu d'observer de plus près l'étoile et sa planète en orbite avec SPECULOOS. Mais d'abord, ils devaient identifier une fenêtre de temps où ils seraient sûrs d'attraper un transit.

« Déterminer la meilleure nuit pour faire un suivi depuis le sol est un peu délicat, " dit Rackham, qui a développé un algorithme de prévision pour prédire quand un prochain transit pourrait se produire. "Même lorsque vous voyez ce signal de 3,14 jours dans les données K2, il y a une incertitude à cela, qui s'additionne à chaque orbite."

Avec l'algorithme de prévision de Rackham, le groupe s'est resserré pendant plusieurs nuits de février 2020 au cours desquelles ils étaient susceptibles de voir la planète traverser devant son étoile. Ils ont ensuite pointé les télescopes de SPECULOOS en direction de l'étoile et ont pu voir trois transits clairs :deux avec les télescopes de l'hémisphère sud du réseau, et le troisième d'Artémis, dans l'hémisphère nord.

Les chercheurs disent que la nouvelle planète pi pourrait être un candidat prometteur pour le suivi du télescope spatial James Webb (JWST), pour voir les détails de l'atmosphère de la planète. Pour l'instant, l'équipe examine d'autres ensembles de données, comme de la mission TESS de la NASA, et observent aussi directement le ciel avec Artemis et le reste du réseau SPECULOOS, pour les signes de planètes semblables à la Terre.

"Il y aura des planètes plus intéressantes dans le futur, juste à temps pour JWST, un télescope conçu pour sonder l'atmosphère de ces mondes extraterrestres, " dit Niraula. " Avec de meilleurs algorithmes, J'espère un jour, nous pouvons chercher des planètes plus petites, même aussi petit que Mars."