Figure 1 :Diagramme schématique du système planétaire nouvellement découvert autour de Ross 508. La région verte représente la zone habitable (HZ) où l'eau liquide peut exister à la surface planétaire. L'orbite planétaire est représentée par une ligne bleue. Pour plus de la moitié de son orbite, on estime que la planète se situe plus près que la HZ (ligne continue) et à l'intérieur de la HZ (ligne pointillée) pour le reste de l'orbite. Crédit :Centre d'astrobiologie
La première exoplanète a été découverte par Subaru Strategic Program à l'aide du spectrographe infrarouge IRD sur le télescope Subaru (IRD-SSP). Cette planète, Ross 508b, est une super-Terre avec environ quatre fois la masse de la Terre et est située près de la zone habitable. Une telle planète pourrait être capable de retenir de l'eau à sa surface et constituera une cible importante pour les futures observations visant à vérifier la possibilité de vie autour d'étoiles de faible masse.
La recherche sur les exoplanètes, qui a fait de grands progrès ces dernières années depuis la découverte d'une planète géante autour d'une étoile semblable à notre soleil, se concentre désormais sur les naines rouges, qui ont une masse inférieure à notre soleil. Les naines rouges, qui constituent les trois quarts des étoiles de notre galaxie et existent en grand nombre au voisinage de notre système solaire, sont d'excellentes cibles pour trouver des exoplanètes dans notre voisinage. La découverte de telles exoplanètes proches, avec des observations détaillées de leurs atmosphères et de leurs couches superficielles, nous permettra de discuter de la présence ou de l'absence de vie dans des environnements très différents de ceux de notre système solaire.
Cependant, les naines rouges sont très faibles en lumière visible en raison de leur faible température de surface inférieure à 4 000 degrés. Les précédentes recherches de planètes à l'aide de spectromètres à lumière visible n'ont découvert que quelques planètes autour de naines rouges très proches, telles que Proxima Centauri b. En particulier, les naines rouges avec des températures de surface inférieures à 3 000 degrés (naines rouges de type tardif) n'ont pas été systématiquement recherchées pour les planètes. La méthode de transit, qui détecte les changements de luminosité stellaire lorsqu'une planète passe devant une étoile, ne nécessite pas autant de photons que la méthode Doppler spectroscopique, de sorte que la recherche de planètes autour de naines rouges à l'aide de la méthode de transit a progressé ces dernières années. . Les recherches de planètes en transit avec TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) peuvent détecter des planètes telluriques autour de naines rouges relativement lourdes (naines rouges de type précoce).
Bien que les naines rouges soient des cibles importantes pour l'étude de la vie dans l'Univers, elles sont difficiles à observer car elles sont trop faibles en lumière visible. Afin de résoudre les difficultés liées aux observations spectroscopiques des naines rouges, une recherche planétaire à l'aide d'un spectrographe de haute précision dans l'infrarouge, où les naines rouges sont relativement brillantes, était attendue depuis longtemps. Par exemple, la luminosité du Soleil vue à 30 années-lumière est de cinq magnitudes en lumière visible et de trois magnitudes en lumière infrarouge. D'autre part, les naines rouges de type tardif les plus légères sont très faibles en lumière visible à une magnitude de 19, mais relativement brillantes dans l'infrarouge à une magnitude de 11.
Le Centre d'Astrobiologie au Japon a développé avec succès l'IRD (InfraRed Doppler instrument), le premier spectrographe infrarouge de haute précision au monde pour les télescopes de la classe 8 mètres. L'IRD monté sur le télescope Subaru peut détecter de minuscules oscillations dans la vitesse d'une étoile, à peu près la vitesse d'une personne qui marche.
La méthode des transits ne peut détecter que les planètes dont les orbites sont le long de la ligne de visée, tandis que la méthode Doppler peut détecter les planètes quelle que soit leur orientation par rapport au plan céleste. C'est aussi une méthode importante dans la mesure où elle peut déterminer la "masse" d'une planète.
Le programme stratégique IRD Subaru (IRD-SSP) de recherche de planètes autour de naines rouges de type tardif a débuté en 2019. Il s'agit de la première recherche systématique de planètes autour de naines rouges de type tardif et est un projet international impliquant une centaine de chercheurs nationaux et internationaux. Au cours des deux premières années, des observations de dépistage ont été menées pour trouver des naines rouges "stables" à faible bruit, où même de petites planètes peuvent être détectées. Les naines rouges ont une activité de surface élevée, telle que des éruptions, et cette activité de surface peut provoquer des changements dans la vitesse de la ligne de visée de l'étoile même s'il n'existe aucune planète. Par conséquent, seules les naines rouges stables avec une faible activité de surface sont des cibles dans la recherche de petites planètes semblables à la Terre.
Actuellement, le projet est dans la phase d'observation intensive d'environ 50 naines rouges prometteuses de type tardif qui ont été soigneusement sélectionnées lors du criblage.
Figure 2 :Variation périodique de la vitesse en ligne de visée de l'étoile Ross 508 observée par l'IRD. Elle est enroulée autour de la période orbitale de la planète Ross 508b (10,77 jours). Le changement de la vitesse de la ligne de visée de Ross 508 est inférieur à 4 mètres par seconde, ce qui indique que l'IRD a capturé une très petite oscillation qui est plus lente qu'une personne qui court. La courbe rouge correspond le mieux aux observations et son écart par rapport à une courbe sinusoïdale indique que l'orbite de la planète est très probablement elliptique. Crédit :Harakawa et al. 2022
La première exoplanète découverte par l'IRD-SSP est située à environ 37 années-lumière de la Terre, autour d'une étoile naine rouge appelée Ross 508, qui fait un cinquième de la masse du soleil. Il s'agit de la première exoplanète découverte par une recherche systématique à l'aide d'un spectromètre infrarouge.
Pour confirmer que l'oscillation périodique de Ross 508 est bien due à une planète, l'équipe IRD-SSP a identifié plusieurs indicateurs d'activité stellaire qui pourraient produire un faux positif d'une planète (par exemple, des changements dans la luminosité stellaire et la forme de certaines émissions lignes) et a montré que la période de ces indicateurs est nettement différente de la période planétaire observée. C'est une tâche plus difficile que d'utiliser la méthode Doppler pour confirmer les candidats planétaires signalés précédemment par la méthode des transits, mais c'est une méthode essentielle pour détecter les planètes qui ne transitent pas.
Cette planète, Ross 508b, a une masse minimale d'environ quatre fois celle de la Terre. Sa distance moyenne à son étoile centrale est de 0,05 fois la distance Terre-Soleil, et elle est située au bord intérieur de la zone habitable. Fait intéressant, la planète est susceptible d'avoir une orbite elliptique, auquel cas elle passerait dans la zone habitable avec une période orbitale d'environ 11 jours (Figures 1 et 2).
Les planètes de la zone habitable pourraient retenir de l'eau à leur surface et abriter la vie. Ross 508b sera une cible importante pour les futures observations afin de vérifier la possibilité d'habitabilité sur les planètes autour des naines rouges. Les observations spectroscopiques des molécules et des atomes dans l'atmosphère planétaire sont également importantes, alors que les télescopes actuels ne peuvent pas imager directement la planète en raison de sa proximité avec l'étoile centrale. À l'avenir, ce sera l'une des cibles des recherches de vie par les télescopes de classe 30 mètres.
Jusqu'à présent, seules trois planètes étaient connues pour orbiter de telles étoiles de très faible masse, dont Proxima Centauri b. L'IRD-SSP devrait continuer à découvrir de nouvelles planètes.
"Ross 508b est la première détection réussie d'une super-Terre en utilisant uniquement la spectroscopie proche infrarouge. Avant cela, dans la détection de planètes de faible masse telles que les super-Terres, les observations dans le proche infrarouge seules n'étaient pas assez précises, et la vérification par des mesures de vitesse en ligne de visée de haute précision en lumière visible était nécessaire. Cette étude montre que l'IRD-SSP seul est capable de détecter des planètes, et démontre clairement l'avantage de l'IRD-SSP dans sa capacité à rechercher avec une grande précision même pour les naines rouges de type tardif qui sont trop faibles pour être observées à la lumière visible », explique le Dr Hiroki Harakawa (NAOJ Subaru Telescope), l'auteur principal de l'article de découverte.
"14 ans se sont écoulés depuis le début du développement de l'IRD. Nous avons poursuivi notre développement et nos recherches dans l'espoir de trouver une planète exactement comme Ross 508b. Cette découverte a été rendue possible grâce aux hautes performances instrumentales de l'IRD, la grande ouverture du Subaru Telescope, et le cadre stratégique d'observations qui a permis l'acquisition intensive et fréquente de données. Nous nous engageons à faire de nouvelles découvertes. déclare le professeur Bun'ei Sato (Tokyo Institute of Technology), chercheur principal de l'IRD-SSP.
Ces résultats sont apparus comme Harakawa et al. "Une super-Terre en orbite près du bord intérieur de la zone habitable autour de la naine M4.5 Ross 508" dans Publications de la Société astronomique du Japon le 30 juin 2022. + Explorer plus loin
