Avec 7 exoplanètes, l'étoile HD 10180 pourrait battre un record

Depuis ce lundi 23 août 2010 se tient le colloque Detection and dynamics of transiting exoplanets à l'Observatoire de Haute-Provence. Rappelons que c'est précisément avec un télescope de cet observatoire que Michel Mayor et Didier Queloz avaient découvert la première exoplanète en orbite autour d'une étoile de la séquence principale, 51 Peg b (une exoplanète en orbite autour d'un pulsar l'avait déjà été par Aleksander Wolszczan en 1992). Un an d'observations réalisées à l'OHP avec le spectrographespectrographe Elodie avaient été nécessaires. L'annonce de la découverte fut faite à Florence lors de la Ninth Cambridge Workshop on Cool Stars, Stellar Systems and the Sun, le 6 octobre 1995.

Presque 15 ans plus tard, ce colloque de l'OHP est l'occasion d'une surprenante nouvelle : il existe 5 planètes en orbite autour de l'étoile de type solaire HD 10180, située à 127 années-lumièreannées-lumière de la Terre dans la constellationconstellation australe de l'HydreHydre mâle (le Serpent de Mer). Il se pourrait même qu'il y en ait 7, dont une tellurique, légèrement plus massive que la Terre, orbitant en seulement 1,8 jour autour de son étoile. Si c'est bien le cas, cette planète doit ressembler à IoIo la volcanique. On connaît déjà une super Io de ce genre, l'exoplanète Corot-7b.

Cette image à grand champ montre le ciel autour de l'étoile HD 10180, qui apparaît comme une étoile assez brillante juste au-dessous du centre. L'image a été créée à partir de photographies prises avec des filtres rouge et bleu. Les halos colorés autour des étoiles sont des artefacts dus au procédé photographique. Crédit : ESO, Digitized Sky Survey 2/Davide De Martin.

Un article co-signé par Michel Mayor et Didier Queloz détaille les mesures réalisées durant 6 ans sur l'étoile HD 10180 avec l'instrument Harps. Installé sur le télescope de 3,6 mètres de l'ESOESO à La Silla au Chili, ce spectrographe permet des mesures d'une précision inégalée, qui en fait le meilleur chasseur d'exoplanètes au monde.

On peut alors déceler les décalages spectraux complexes provenant des mouvementsmouvements d'oscillation d'une étoile en réponse à l'attraction d'un cortège de planètes. C'est la méthode des vitesses radiales, l'une de celles utilisées pour détecter des exoplanètes.

Gros plan autour de HD 10180. Comme la précédente, l'image a été créée à partir de photographies prises avec des filtres rouge et bleu. Les halos bleu et orange autour de l'étoile, et les huit pointes de lumière sont des artefacts. Le remarquable système planétaire autour de cette étoile est beaucoup trop proche d'elle pour être visible. Crédit : ESO, Digitized Sky Survey 2-Davide De Martin

Comme on ne connaît pas l'inclinaison des orbites des exoplanètes autour de HD 10180, on peut seulement estimer une massemasse minimum. En général, cependant, cette masse minimum est proche de la masse réelle de la planète. Dans le cas présent, la méthode permet de déduire qu'il existe 5 planètes dont les masses sont semblables à celle de NeptuneNeptune, soit entre 13 et 25 masses terrestres. Les distances qui séparent ces planètes de leur soleilsoleil vont de 0,06 à 1,4 fois la distance Terre-Soleil, avec des périodes orbitalespériodes orbitales allant de 6 à 600 jours.

Mais selon les chercheurs, deux autres planètes sont probablement là. L'une des deux devrait ressembler à SaturneSaturne (avec une masse minimum de 65 masses terrestres) tournant autour de l'étoile en 2.200 jours. L'autre devrait être la planète la moins massive jamais découverte avec une masse d'environ 1,4 fois celle de la Terre.

Les astrophysiciensastrophysiciens s'étonnent des caractéristiques des exoplanètes de HD 10180. D'abord il ne semble pas y avoir une géante gazeusegéante gazeuse comme JupiterJupiter. Ensuite les orbites semblent toutes circulaires ou presque. Enfin et surtout, il semblerait bien que l'on observe l'équivalent de la loi de Titius-Bode comme dans notre Système solaireSystème solaire (une loi qui donne les distances approximatives des planètes au Soleil, formulée par Johann Bode et Johann Titius vers 1770).

HD10180 détient désormais le record du nombre d'exoplanètes mais ces systèmes planétaires multiples ne sont plus une rareté. On connaît aujourd'hui 15 autres systèmes comportant au moins 3 exoplanètes, dont par exemple 55 Cancri et Gliese 581 qui en comptent 5 chacune.

Remarquablement, on constate à chaque fois qu'il existe une relation entre la masse du système planétaire et la masse et le contenu chimique de l'étoile. Ainsi, tous les systèmes planétaires massifs ont été trouvés autour d'étoiles massives et riches en « métauxmétaux » (au sens des astronomesastronomes, c'est-à-dire des noyaux plus lourds que ceux de l'hydrogènehydrogène et de l'héliumhélium). En revanche, les quatre systèmes ayant les masses les plus petites ont été observées autour d'étoiles de plus faible masse et pauvres en « métaux ».

Dans l'hypothèse où il y a effectivement 7 exoplanètes, des simulations informatiquessimulations informatiques conduites grâce au supercalculateursupercalculateur Jade du CINES ont aussi montré que si l'on tient compte des effets de la relativité généralerelativité générale, le système planétaire entourant HD 10180 doit être stable sur une longue période. Sans les corrections post-newtoniennes prédites par les équationséquations d'EinsteinEinstein, les perturbations gravitationnelles engendrées par les autres planètes sur la plus intérieure d'entre elles augmenteraient tellement son excentricitéexcentricité que de fortes instabilités pourraient en résulter. Dans le cas de notre propre Système Solaire, des calculs similaires ont été conduits mais c'est le chaos qui en émerge...

Avec HD 10180, on est peut-être en présence du premier cas connu d'une longue série de systèmes planétaires possédant un grand nombre d'exoplanètes.