Le satellite Cheops de l’Agence spatiale européenne a de nouveau mis en évidence un système planétaire dont plusieurs de ses planètes sont en résonance orbitale. Point intéressant, l’étoile de ce système qui se situe à environ 100 années-lumière de nous, est très lumineuse de sorte que le télescope spatial James-Webb devrait être utilisé pour l’observer.
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Un système planétaire (HD 110067) plutôt rare à six planètes a été découvert avec l'aide du satellite Cheops de l'Agence spatiale européenneAgence spatiale européenne. À première vue, cette découverte pourrait n'intéresser seulement que les spécialistes mais elle a cela d'intéressant que trois de ces planètes sont en résonance orbitale et que l'architecture de ce système n'a pratiquement pas changé depuis sa formation, il y a plus d'un milliard d'années.
Les mesures très précises de Cheops résolvent les observations de Tess
HD 110067 se situe à environ 100 années-lumière dans la constellation de la Chevelure de Bérénice. Ce système a été découvert en 2020 par le satellite Tess (Transiting Exoplanet Survey SatelliteTransiting Exoplanet Survey Satellite) de la Nasa et, depuis cette date, laissait les astronomesastronomes perplexes en raison de mesures contradictoires, ou du moins difficiles à interpréter, voire apparaissant n'avoir aucun sens ! De sorte que, bien l'on estimait qu'il y avait au moins deux planètes qui tournaient autour de l'étoileétoile, les astronomes n'avaient pas de certitude sur leur nombre exact et leur période orbitalepériode orbitale. D'où la décision de Rafael Luque, de l'Université de Chicago, et ses collègues d'utiliser le satellite Cheops de l'ESA, conçu pour la mesure très précise des transits planétairestransits planétaires.
Trois planètes en résonance orbitale
Résultat, les observations de Cheops (CHaracterising ExOPlanets Satellite) ont « confirmé la présence d'une troisième planète » souligne Rafael Luque, et ont permis de mieux comprendre l'architecture rare de ce système planétaire car il est « désormais clair que les trois planètes sont en résonance orbitale », s'enthousiasme le scientifique. Concrètement, la planète la plus extérieure met 20,519 jours pour tourner autour de son étoile, ce qui est extrêmement proche de 1,5 fois la période orbitale de la planète suivante avec 13,673 jours. Cela représente presque exactement 1,5 fois la période orbitale de la planète intérieure, soit 9,114 jours.
La prédiction d'autres résonances orbitales et leur mise en correspondance avec les données restantes inexpliquées ont favorisé la découverte des trois autres planètes du système. « Cheops nous a donné cette configuration résonante qui nous a permis de prédire toutes les autres périodes. Sans les mesures de Cheops, cela aurait été impossible », tient à souligner Rafael Luque.
Des systèmes orbitaux résonnants plutôt rares
Il est extrêmement important de trouver des systèmes orbitaux résonnants, car ils renseignent les astronomes sur la formation et l'évolution ultérieure du système planétaire. Mais si les planètes autour des étoiles ont tendance à se former en résonance, elles peuvent aussi être facilement perturbées par une planète beaucoup plus massive, une rencontre rapprochée du système planétaire avec une autre étoile ou, autre exemple, un impact géant sur l'une d'elle. Autant d'événements, plutôt courants dans l'histoire de l'évolution des systèmes planétaires, qui sont susceptibles de troubler cet équilibre délicat !
Cela explique pourquoi de nombreux systèmes multiplanétaires connus des astronomes ne sont pas en résonance, mais dont les planètes apparaissent suffisamment proches pour avoir pu l'être à un moment donné dans leur histoire. À contrario, les systèmes planétaires à plusieurs planètes qui ont conservé leur résonance sont rares. « Nous pensons qu'environ un pour cent seulement de tous les systèmes restent en résonance », précise Rafael Luque. En nous montrant la configuration « vierge » d'un système planétaire qui a évolué en conservant ses résonances orbitales initiales, HD110067 est intéressant et mérite une étude approfondie.
Cette animation montre une représentation des orbites et des mouvements des planètes dans le système TOI-178. © ESO (Observatoire européen austral)
Une cible de choix pour James-Webb
Ce n'est pas la première fois que l'on découvre des exoplanètesexoplanètes en résonance orbitale. En effet, HD 110067 a « la même "chaîne résonante" que le système planétaire autour de TOI-178 », souligne Jean Schneider, chercheur à l'Observatoire de Paris et spécialiste français des exoplanètes, à l'origine de la découverte de TOI-178, en 2018. À cette époque, on n'observait « seulement que trois planètes puis, mes collègues en utilisant Cheops en ont découvert trois autres ! » Preuve de son intérêt, « l'observatoire spatial James-Webb est maintenant en train de l'observer » ! Cela dit, HD 110067 est bien plus intéressant que TOI-178 car « deux fois plus proche de la Terre et son étoile est 20 fois plus brillante que celle de TOI-178. Il sera donc plus facile à observer en imagerie », nous explique Jean Schneider.
Il est donc assez vraisemblable que le télescopetélescope James-Webb sera également utilisé pour observer HD 110067 et pas seulement pour mieux comprendre l'architecture de son système planétaire. Il faut aussi savoir qu'HD110067 est le système connu le plus brillant avec quatre planètes ou plus. Étant donné que ces planètes ont toutes une taille inférieure à NeptuneNeptune et que leur atmosphèreatmosphère est probablement étendue, elles sont des candidates idéales pour étudier leur composition atmosphérique à l'aide du télescope spatial James-Webbtélescope spatial James-Webb donc, mais aussi avec les futurs télescopes spatiaux Ariel et Plato de l'ESA.
Découvrir des planètes troyennes
Pour Jean Schneider, « derrière tout ça, il y a la quête depuis une vingtaine d'années d'un système de planètes "troyennes", c'est-à-dire où deux planètes évoluent sur la même orbiteorbite, comme les astéroïdes troyensastéroïdes troyens de JupiterJupiter ». Des planètes difficiles à découvrir, non pas qu'elles n'existent pas, mais comme elles sont sur la même orbite, « elles ont la même période et, dans la méthode des vitesses radialesméthode des vitesses radiales, elles apparaissent comme une planète unique, ce qui est une erreur ».
De son point de vue pragmatique, Jean Schneider veut croire « qu'il pourrait déjà y avoir des planètes troyennes dans les planètes détectées par astrométrie ou par vitesse radiale » mais avec des méthodes de détection, « comme deux planètes troyennes ont la même période, on peut croire qu'il s'agit d'une planète unique et on se trompe sur la massemasse ».
