En utilisant les observations du Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) de la NASA, une équipe internationale d'astronomes a découvert un trio de mondes chauds plus grands que la Terre en orbite autour d'une version beaucoup plus jeune de notre Soleil appelée TOI 451. Le système réside dans le courant Poissons-Eridanus récemment découvert, une collection d'étoiles de moins de 3 % de l'âge de notre système solaire qui s'étend sur un tiers du ciel.

Les planètes ont été découvertes dans des images TESS prises entre octobre et décembre 2018. Les études de suivi de TOI 451 et de ses planètes comprenaient des observations faites en 2019 et 2020 à l'aide du télescope spatial Spitzer de la NASA, qui a depuis pris sa retraite, ainsi que de nombreuses installations au sol. Données infrarouges d'archives du satellite NEOWISE (Near-Earth Object Wide-Field Infrared Survey Explorer) de la NASA, collectées entre 2009 et 2011 sous son ancien surnom, WISE :suggère que le système conserve un disque froid de poussière et de débris rocheux. D'autres observations montrent que TOI 451 a probablement deux compagnons stellaires distants s'encerclant bien au-delà des planètes.

"Ce système coche beaucoup de cases pour les astronomes, " dit Elisabeth Newton, professeur adjoint de physique et d'astronomie au Dartmouth College de Hanovre, New Hampshire, qui a dirigé la recherche. "Il n'a que 120 millions d'années et à seulement 400 années-lumière, permettant des observations détaillées de ce jeune système planétaire. Et parce qu'il y a trois planètes entre deux et quatre fois la taille de la Terre, ils constituent des cibles particulièrement prometteuses pour tester les théories sur l'évolution des atmosphères planétaires. »

Un article rapportant les résultats a été publié le 14 janvier dans Le journal astronomique .

Les flux stellaires se forment lorsque la gravité de notre galaxie de la Voie lactée déchire des amas d'étoiles ou des galaxies naines. Les étoiles individuelles se déplacent le long de l'orbite d'origine de l'amas, formant un groupe allongé qui se disperse progressivement.

En 2019, une équipe dirigée par Stefan Meingast de l'Université de Vienne a utilisé les données de la mission Gaia de l'Agence spatiale européenne pour découvrir le flux Poissons-Eridanus, nommé pour les constellations contenant les plus grandes concentrations d'étoiles. S'étendant sur 14 constellations, le flux est d'environ 1, 300 années-lumière de long. Cependant, l'âge initialement déterminé pour le ruisseau était beaucoup plus ancien qu'on ne le pense aujourd'hui.

Plus tard en 2019, des chercheurs dirigés par Jason Curtis de l'Université Columbia à New York ont ​​analysé les données TESS pour des dizaines de membres du flux. Les étoiles plus jeunes tournent plus vite que leurs homologues plus âgées, et ils ont également tendance à avoir des taches stellaires proéminentes - plus sombres, régions plus froides comme les taches solaires. Au fur et à mesure que ces points tournent dans et hors de notre vue, ils peuvent produire de légères variations dans la luminosité d'une étoile que TESS peut mesurer.

Les mesures TESS ont révélé des preuves accablantes de taches stellaires et de rotation rapide parmi les étoiles du ruisseau. Sur la base de ce résultat, Curtis et ses collègues ont découvert que le ruisseau n'avait que 120 millions d'années, similaire au célèbre amas des Pléiades et huit fois plus jeune que les estimations précédentes. La masse, jeunesse, et la proximité du courant Poissons-Eridan en font un laboratoire fondamental passionnant pour l'étude de la formation et de l'évolution des étoiles et des planètes.

« Grâce à la couverture de presque tout le ciel de TESS, des mesures qui pourraient soutenir une recherche de planètes en orbite autour des membres de ce courant nous étaient déjà disponibles lorsque le courant a été identifié, " a déclaré Jessie Christiansen, co-auteur de l'article et directeur scientifique adjoint aux archives des exoplanètes de la NASA, une installation de recherche de mondes au-delà de notre système solaire gérée par Caltech à Pasadena, Californie. "Les données TESS continueront de nous permettre de repousser les limites de ce que nous savons sur les exoplanètes et leurs systèmes pour les années à venir."

La jeune star TOI 451, mieux connu des astronomes sous le nom de CD-38 1467, se trouve à environ 400 années-lumière dans la constellation de l'Éridan. Il a 95% de la masse de notre Soleil, mais il est 12% plus petit, un peu plus frais, et émet 35% d'énergie en moins. TOI 451 tourne tous les 5,1 jours, qui est plus de cinq fois plus rapide que le Soleil.

TESS repère de nouveaux mondes en recherchant des transits, le léger, gradations régulières qui se produisent lorsqu'une planète passe devant son étoile de notre point de vue. Les transits des trois planètes sont évidents dans les données TESS. L'équipe de Newton a obtenu des mesures de Spitzer qui ont soutenu les résultats du TESS et ont aidé à exclure d'éventuelles explications alternatives. Des observations de suivi supplémentaires sont venues de l'observatoire de Las Cumbres, un réseau mondial de télescopes dont le siège est à Goleta, Californie—et le télescope Perth Exoplanet Survey en Australie.

Même la planète la plus éloignée de TOI 451 orbite trois fois plus près que Mercure ne s'approche du Soleil, donc tous ces mondes sont assez chauds et inhospitaliers à la vie telle que nous la connaissons. Les estimations de température vont d'environ 2, 200 degrés Fahrenheit (1, 200 degrés Celsius) pour la planète la plus interne à environ 840 F (450 C) pour la planète la plus externe.

TOI 451 b orbite tous les 1,9 jours, est d'environ 1,9 fois la taille de la Terre, et sa masse estimée varie de deux à 12 fois celle de la Terre. La prochaine planète dehors, TOI 451c, complète une orbite tous les 9,2 jours, est environ trois fois plus grande que la Terre, et détient entre trois et 16 fois la masse de la Terre. Le monde le plus éloigné et le plus vaste, TOI 451d, fait le tour de l'étoile tous les 16 jours, fait quatre fois la taille de notre planète, et pèse entre quatre et 19 masses terrestres.

Les astronomes s'attendent à ce que des planètes aussi grandes conservent une grande partie de leur atmosphère malgré la chaleur intense de leur étoile voisine. Différentes théories sur la façon dont les atmosphères évoluent au moment où un système planétaire atteint l'âge de TOI 451 prédisent un large éventail de propriétés. L'observation de la lumière des étoiles traversant les atmosphères de ces planètes offre une opportunité d'étudier cette phase de développement et pourrait aider à contraindre les modèles actuels.

"En mesurant la lumière des étoiles pénétrant l'atmosphère d'une planète à différentes longueurs d'onde, on peut en déduire sa composition chimique et la présence de nuages ​​ou de brumes à haute altitude, " dit Elisa Quintana, un astrophysicien au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland. "Les planètes de TOI 451 offrent d'excellentes cibles pour de telles études avec Hubble et le futur télescope spatial James Webb."

Les observations de WISE montrent que le système est exceptionnellement brillant en lumière infrarouge, qui est invisible aux yeux humains, à des longueurs d'onde de 12 et 24 micromètres. Ceci suggère la présence d'un disque de débris, où des corps rocheux ressemblant à des astéroïdes entrent en collision et se réduisent en poussière. Alors que Newton et son équipe ne peuvent pas déterminer l'étendue du disque, ils l'envisagent comme un anneau diffus de roche et de poussière centré à peu près aussi loin de l'étoile que Jupiter l'est de notre Soleil.

Les chercheurs ont également étudié une faible étoile voisine qui apparaît à environ deux pixels de TOI 451 dans les images TESS. Sur la base des données Gaia, L'équipe de Newton a déterminé que cette étoile était un compagnon gravitationnel situé si loin de TOI 451 que sa lumière met 27 jours pour s'y rendre. En réalité, les chercheurs pensent que le compagnon est probablement un système binaire de deux étoiles naines de type M, chacun avec environ 45% de la masse du Soleil et n'émettant que 2% de son énergie.