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Une planète géante en orbite autour d’une naine blanche

Illustration artistique du système WDJ0914+1914

Illustration artistique du système WDJ0914+1914

Photo : ESO

Radio-Canada

Pour la première fois, une exoplanète grosse comme Neptune a été détectée en orbite autour d'une naine blanche de la taille de la Terre.

Ce système observé à l’aide du Très Grand Télescope de l‘Observatoire européen austral situé au Chili est bien particulier aux yeux des astrophysiciens, puisqu’il pourrait illustrer le sort de notre propre système solaire dans quatre à six milliards d’années.

C’est que l’orbite de la planète est très rapprochée de la naine blanche chaude, qui représente en quelque sorte le vestige d’une étoile semblable au Soleil, dont l’atmosphère s’est échappée progressivement pour se condenser en un disque de gaz en périphérie de l’étoile.

Cette découverte était complètement fortuite.

Boris Gänsicke, Université de Warwic

L’équipe internationale d’astronomes scrutait l’environnement de 7000 naines blanches lorsqu’elle a isolé l’une d’elles, en apparence différente des autres.

L’analyse des faibles variations de lumière émise par l’étoile baptisée WDJ0914+1914, située à quelque 1500 années-lumière dans la constellation du Cancer, a permis à l’équipe de mettre en évidence les traces d’éléments chimiques en quantités jusqu’à présent inobservées au sein d’une naine blanche.

Nous pressentions que ce système présentait un caractère exceptionnel, et nous avons supposé qu’il pourrait constituer le vestige d’un système planétaire.

Boris Gänsicke, Université de Warwic

Les observations de suivi ont confirmé la présence d’hydrogène, d’oxygène et de soufre dans l’environnement de cette planète atypique. L’étude détaillée de son spectre a permis à l’équipe de localiser ces éléments, non pas dans l’atmosphère stellaire, mais au sein d’un disque de gaz tourbillonnant autour de la naine blanche.

Quelques semaines de réflexion furent nécessaires pour aboutir à la seule conclusion plausible : la création de ce disque doit résulter de l’évaporation d’une planète géante.

Matthias Schreiber, Université de Valparaiso au Chili

Les chercheurs ont également créé des simulations numériques de l’évolution passée et à venir de ce système.

Les quantités d’hydrogène, d’oxygène et de soufre détectées sont semblables à celles caractérisant les couches atmosphériques profondes des planètes glacées et géantes telles Neptune et Uranus.

Dans l’éventualité où une telle planète orbiterait à proximité directe d’une naine blanche chaude, l’intense rayonnement ultraviolet en provenance de l’étoile expulserait ses enveloppes externes et une partie du gaz éjecté se concentrerait en un disque tourbillonnant autour de la naine blanche.

C’est précisément ce que pensent avoir détecté les scientifiques autour de WDJ0914+1914 qui devient ainsi la première planète s’évaporant au cours de son orbite autour d’une naine blanche.

C’est la toute première fois que nous sommes en mesure de déterminer les quantités de gaz tels l’oxygène et le soufre présents dans le disque, ce qui nous renseigne sur la composition des atmosphères exoplanétaires.

Odette Toloza, Université de Warwick

En outre, cette naine blanche est caractérisée par de faibles dimensions et une température de surface élevée, avoisinant les 28 000 °C, ce qui représente cinq fois la température de notre Soleil.

Par opposition, la planète apparaît glacée et géante – au moins deux fois plus étendue que l’étoile.

Parce qu’elle est en orbite autour de la naine blanche chaude à faible distance, effectuant une révolution complète en 10 jours seulement, les photons hautement énergétiques émis par l’étoile expulsent progressivement l’atmosphère planétaire.

Cette découverte permet en outre d’affiner notre compréhension de la destinée finale des systèmes planétaires.

Boris Gänsicke

Comme la fin du Soleil

Les étoiles semblables à notre Soleil consument l’hydrogène composant leurs noyaux durant la majeure partie de leur existence. Lorsque ce carburant vient à manquer, elles se transforment en géantes rouges : leurs volumes augmentant considérablement, elles engloutissent les planètes les plus proches.

Dans le cas de notre système solaire, Mercure, Vénus et la Terre seront absorbées par le Soleil, devenu géante rouge dans environ 5 milliards d’années.

Puis les étoiles de type Soleil perdent leurs enveloppes externes, si bien qu'il ne subsiste à la fin que leur seul noyau consumé, une naine blanche.

Des planètes peuvent quand même se trouver en orbite autour de ces restes stellaires. Il existerait de nombreux systèmes stellaires dans notre galaxie, mais aucune preuve de la survie d’une planète géante en périphérie d’une naine blanche n’avait été observée avant aujourd’hui.

Le détail de ces travaux est publié dans la revue Nature (Nouvelle fenêtre) (en anglais).

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