L'exoplanète de 11 masse Jupiter appelée HD 106906 b, montré dans l'illustration de cet artiste, occupe une orbite improbable autour d'une étoile double à 336 années-lumière. Cela offre peut-être des indices sur quelque chose qui pourrait être beaucoup plus proche de chez nous :un membre éloigné hypothétique de notre système solaire surnommé « Planet Nine ». C'est la première fois que les astronomes ont pu mesurer le mouvement d'une planète massive semblable à Jupiter qui orbite très loin de ses étoiles hôtes et de son disque de débris visible. Crédit :NASA, ESA, et M. Kornmesser (ESA/Hubble)
Une planète sur une orbite improbable autour d'une étoile double à 336 années-lumière peut offrir un indice sur un mystère beaucoup plus proche de chez nous :une hypothèse, corps lointain dans notre système solaire surnommé "Planet Nine".
C'est la première fois que les astronomes ont pu mesurer le mouvement d'une planète massive semblable à Jupiter qui orbite très loin de ses étoiles hôtes et de son disque de débris visible. Ce disque est similaire à notre ceinture de Kuiper de petite taille, corps glacés au-delà de Neptune. Dans notre propre système solaire, la présumée planète neuf se trouverait également loin de la ceinture de Kuiper sur une orbite tout aussi étrange. Bien que la recherche d'une planète neuf continue, cette découverte d'exoplanètes est la preuve que de telles orbites bizarres sont possibles.
"Ce système établit une comparaison potentiellement unique avec notre système solaire, " a expliqué l'auteur principal de l'article, Meiji Nguyen de l'Université de Californie, Berkeley. "Il est très largement séparé de ses étoiles hôtes sur une orbite excentrique et très désalignée, tout comme la prédiction pour Planet Nine. Cela soulève la question de savoir comment ces planètes se sont formées et ont évolué pour se retrouver dans leur configuration actuelle."
Le système où réside cette géante gazeuse n'a que 15 millions d'années. Cela suggère que notre planète neuf, si elle existe, pourrait s'être formée très tôt dans l'évolution de notre système solaire vieux de 4,6 milliards d'années.
Une orbite extrême
L'exoplanète de 11 masses Jupiter appelée HD 106906 b a été découverte en 2013 avec les télescopes Magellan de l'observatoire de Las Campanas dans le désert d'Atacama au Chili. Cependant, les astronomes ne savaient rien de l'orbite de la planète. Cela nécessitait quelque chose que seul le télescope spatial Hubble pouvait faire :collecter des mesures très précises du mouvement du vagabond sur 14 ans avec une précision extraordinaire. L'équipe a utilisé les données des archives Hubble qui ont fourni des preuves de cette motion.
L'exoplanète réside extrêmement loin de sa paire d'hôtes lumineux, jeunes étoiles - plus de 730 fois la distance de la Terre au Soleil, ou près de 6,8 milliards de milles. Cette grande séparation a rendu extrêmement difficile la détermination des 15, Orbite longue de 000 ans dans un laps de temps relativement court d'observations de Hubble. La planète rampe très lentement le long de son orbite, étant donné la faible attraction gravitationnelle de ses étoiles mères très éloignées.
L'équipe Hubble a été surprise de découvrir que le monde éloigné a une orbite extrême qui est très désalignée, allongé et externe au disque de débris qui entoure les étoiles hôtes jumelles de l'exoplanète. Le disque de débris lui-même est très inhabituel, peut-être en raison de l'attraction gravitationnelle de la planète capricieuse.
Cette image du télescope spatial Hubble montre l'environnement autour de l'étoile double HD 106906. La lumière brillante de ces étoiles est masquée ici pour permettre de voir les caractéristiques les plus faibles du système. Le disque circumstellaire des étoiles est asymétrique et déformé, peut-être en raison de l'attraction gravitationnelle de la planète capricieuse HD 106906 b, qui est dans une orbite très large et allongée. Crédit :NASA, ESA, M. Nguyen (Université de Californie, Berkeley), R. De Rosa (Observatoire Européen Austral), et P. Kalas (Université de Californie, Berkeley et SETI Institute)
Comment en est-il arrivé là ?
Alors, comment l'exoplanète est-elle arrivée sur une orbite aussi lointaine et étrangement inclinée ? La théorie dominante est qu'il s'est formé beaucoup plus près de ses étoiles, environ trois fois la distance qui sépare la Terre du Soleil. Mais la traînée dans le disque de gaz du système a causé la désintégration de l'orbite de la planète, l'obligeant à migrer vers l'intérieur vers sa paire stellaire. Les effets gravitationnels des étoiles jumelles tourbillonnantes l'ont ensuite projeté sur une orbite excentrique qui l'a presque jeté hors du système et dans le vide de l'espace interstellaire. Ensuite, une étoile qui passait de l'extérieur du système a stabilisé l'orbite de l'exoplanète et l'a empêchée de quitter son système d'origine.
À l'aide de mesures précises de distance et de mouvement du satellite d'étude Gaia de l'Agence spatiale européenne, les étoiles de passage candidates ont été identifiées en 2019 par les membres de l'équipe Robert De Rosa de l'Observatoire européen austral à Santiago, Chili, et Paul Kalas de l'Université de Californie.
Un disque en désordre
Dans une étude publiée en 2015, Kalas a dirigé une équipe qui a trouvé des preuves circonstancielles du comportement de la planète en fuite :le disque de débris du système est fortement asymétrique, plutôt que d'être une distribution circulaire de matériel de « tarte à pizza ». Un côté du disque est tronqué par rapport au côté opposé, et il est également perturbé verticalement plutôt que d'être limité à un plan étroit comme on le voit du côté opposé des étoiles.
"L'idée est que chaque fois que la planète se rapproche le plus de l'étoile binaire, il remue la matière dans le disque, " explique De Rosa. " Ainsi, chaque fois que la planète passe, il tronque le disque et le pousse d'un côté. Ce scénario a été testé avec des simulations de ce système avec la planète sur une orbite similaire - c'était avant que nous sachions quelle était l'orbite de la planète."
"C'est comme arriver sur les lieux d'un accident de voiture, et vous essayez de reconstruire ce qui s'est passé, " expliqua Kalas. " Est-ce que ce sont les étoiles qui passent qui ont perturbé la planète, alors la planète a perturbé le disque ? Est-ce le binaire du milieu qui a d'abord perturbé la planète, et puis il a perturbé le disque? Ou les étoiles qui passent ont-elles perturbé à la fois la planète et le disque ? C'est un travail de détective en astronomie, rassembler les preuves dont nous avons besoin pour proposer des intrigues plausibles sur ce qui s'est passé ici."
Cette image du télescope spatial Hubble montre une orbite possible (ellipse en pointillés) de l'exoplanète de 11 masses Jupiter HD 106906 b. Ce monde lointain est largement séparé de ses étoiles hôtes, dont la lumière brillante est masquée ici pour permettre de voir la planète. La planète réside en dehors du disque de débris circumstellaire de son système, qui s'apparente à notre propre ceinture de Kuiper de petite taille, corps glacés au-delà de Neptune. Le disque lui-même est asymétrique et déformé, peut-être en raison de l'attraction gravitationnelle de la planète capricieuse. Les autres points lumineux de l'image sont des étoiles d'arrière-plan. Crédit :NASA, ESA, M. Nguyen (Université de Californie, Berkeley), R. De Rosa (Observatoire Européen Austral), et P. Kalas (Université de Californie, Berkeley et SETI Institute)
Un proxy Planet Nine ?
Ce scénario pour l'orbite bizarre de HD 106906 b est similaire à certains égards à ce qui a pu provoquer la fin hypothétique de la planète neuf dans les confins de notre propre système solaire, bien au-delà de l'orbite des autres planètes et au-delà de la ceinture de Kuiper. La planète neuf aurait pu se former dans le système solaire interne et être expulsée par des interactions avec Jupiter. Cependant, Jupiter, le gorille proverbial de 800 livres de notre système solaire, aurait très probablement projeté la planète neuf bien au-delà de Pluton. Les étoiles qui passent ont peut-être stabilisé l'orbite de la planète expulsée en éloignant la trajectoire de l'orbite de Jupiter et des autres planètes du système solaire interne.
"It's as if we have a time machine for our own planetary system going back 4.6 billion years to see what may have happened when our young solar system was dynamically active and everything was being jostled around and rearranged, " said Kalas.
À ce jour, astronomers only have circumstantial evidence for Planet Nine. They've found a cluster of small celestial bodies beyond Neptune that move in unusual orbits compared with the rest of the solar system. This configuration, some astronomers say, suggests these objects were shepherded together by the gravitational pull of a huge, unseen planet. An alternative theory is that there is not one giant perturbing planet, but instead the imbalance is due to the combined gravitational influence of multiple, much smaller objects. Another theory is that Planet Nine does not exist at all and the clustering of smaller bodies may be just a statistical anomaly.
A target for the Webb Telescope
Scientists using NASA's upcoming James Webb Space Telescope plan to get data on HD 106906 b to understand the planet in detail. "One question you could ask is:Does the planet have its own debris system around it? Does it capture material every time it goes close to the host stars? And you'd be able to measure that with the thermal infrared data from Webb, " said De Rosa. "Also, in terms of helping to understand the orbit, I think Webb would be useful for helping to confirm our result."
Because Webb is sensitive to smaller, Saturn-mass planets, it may be able to detect other exoplanets that have been ejected from this and other inner planetary systems. "With Webb, we can start to look for planets that are both a little bit older and a little bit fainter, " explained Nguyen. The unique sensitivity and imaging capabilities of Webb will open up new possibilities for detecting and studying these unconventional planets and systems.
The team's findings appear in the December 10, 2020, édition de Le journal astronomique .
