Une équipe d’astronomes a découvert une troisième planète en orbite autour de l’étoile Beta Pictoris. Baptisée Beta Pictoris d, cette nouvelle planète est 100 fois moins lumineuse que Beta Pictoris b, la première planète découverte dans ce système, et figure parmi les exoplanètes les plus légères jamais imagées depuis le sol. Après l’avoir repérée à l’aide du Very Large Telescope (VLT) de l’Observatoire européen austral (ESO), l’équipe a réalisé qu’elle se cachait depuis plus de 10 ans dans les archives d’observations.
Une découverte fortuite
« C’est une découverte inattendue », explique Ben Sutlieff, co-auteur principal de l’étude publiée aujourd’hui dans The Astrophysical Journal Letters et astronome à l’Université d’Édimbourg (Royaume-Uni). « Au départ, nous voulions simplement étudier Beta Pictoris b, la première planète connue du système, pour voir comment elle évoluait dans le temps. » Mais en analysant les images, l’équipe a remarqué un objet inconnu, distinct de Beta Pictoris b, qui les a menés sur une nouvelle piste.
« Il y a autre chose là-bas, vous l’avez vu ? », se souvient Markus Bonse, astronome à l’ESO en Allemagne et co-auteur principal de l’étude, d’avoir dit en examinant les données. Pour confirmer leur détection, les chercheurs ont fouillé les archives de l’ESO et ont retrouvé Beta Pictoris d dans plusieurs images datant de 11 ans, dont une où elle était à peine visible, masquée par l’éclat de sa voisine, Beta Pictoris b. « **Beta Pictoris d semble avoir joué à cache-cache avec nous pendant plus d’une décennie… et nous pouvons enfin dire : Trouvée ! », s’amuse Jayne Birkby, co-autrice de l’étude et astronome à l’Université d’Oxford (Royaume-Uni).
Une planète discrète mais précieuse
Comme les deux autres planètes du système, Beta Pictoris d est une géante gazeuse, similaire à Jupiter ou Saturne. Cependant, son orbite est beaucoup plus large que celles de Beta Pictoris b et c. Alors que ces deux dernières ont une masse d’environ 10 fois celle de Jupiter, Beta Pictoris d n’est que 2,4 fois plus massive que Jupiter, ce qui en fait l’une des exoplanètes les plus légères jamais imagées depuis le sol. De plus, elle est relativement froide, ce qui la rend extrêmement faible par rapport à son étoile hôte.
L’imagerie directe, où la lumière d’un objet est capturée comme sur une photographie, ne fonctionne que pour les planètes assez brillantes pour être distinguées de leur étoile, bien plus lumineuse. Capturer une image directe d’une planète aussi faible que Beta Pictoris d constitue donc une avancée significative. « La nouvelle planète est 100 fois moins lumineuse que Beta Pictoris b, la planète la plus connue du système, ce qui en fait la planète la plus faible jamais imagée directement depuis la Terre », précise Markus Bonse.
Une confirmation grâce aux archives et au JWST
Cette première détection claire de Beta Pictoris d, située à 63 années-lumière de la Terre, a été réalisée avec l’instrument ERIS du VLT par Sutlieff, Bonse et leur équipe. Une équipe indépendante, dirigée par Aidan Gibbs à l’Université de Californie (États-Unis), a également découvert la même planète en utilisant le télescope spatial James Webb (JWST), une collaboration entre les agences spatiales américaine, européenne et canadienne. Leurs résultats sont également publiés aujourd’hui dans The Astrophysical Journal Letters.
Pour confirmer la découverte d’une planète, les astronomes doivent généralement effectuer des observations de suivi. Cependant, ce système avait déjà été étudié de manière approfondie, avec de nombreuses images stockées dans les archives scientifiques de l’ESO et du JWST. « À notre grande joie, elle est apparue dans d’anciennes observations de SPHERE », explique Jayne Birkby, en référence à un autre instrument du VLT précédemment utilisé pour observer le système Beta Pictoris. Maintenant que l’équipe savait où chercher, « il s’avère qu’elle était cachée dans les données depuis le début ! », ajoute-t-elle. Valentin Christiaens, chercheur au CEA Paris-Saclay (France), co-auteur de l’étude, renchérit : « La détection dans les données d’archives de SPHERE est non seulement très excitante en soi, mais elle suggère aussi que de nombreux trésors se cachent encore dans les archives des instruments du VLT ! ».
Un système planétaire exceptionnel
Beta Pictoris est désormais le deuxième système, après HR 8799, où plus de deux planètes ont été imagées directement. « Les systèmes avec plusieurs exoplanètes imagées directement sont des Graals pour les astronomes, car ils nous permettent de comprendre les différences entre les exoplanètes dans un même environnement de formation », explique Ben Sutlieff.
De plus, Beta Pictoris d résout un mystère dans son système planétaire : sa masse et sa position correspondent parfaitement pour expliquer la forme particulière du disque de débris qui entoure l’étoile, composé des résidus de la formation des planètes.
Et demain ?
Cette découverte encourage les astronomes à poursuivre l’imagerie directe des systèmes planétaires, où des planètes faibles pourraient se cacher en pleine vue, notamment avec le futur télescope Extremely Large Telescope (ELT) de l’ESO. « Les planètes semblent avoir des amis », déclare Beth Biller, co-autrice de l’article et astronome à l’Université d’Édimbourg. « Beaucoup des systèmes d’exoplanètes les plus célèbres imagés directement semblent abriter plusieurs géantes gazeuses, et il est probable qu’il y ait encore des planètes de masse plus faible cachées dans ces systèmes, qui pourraient être révélées par les instruments de l’ELT. »
Cette avancée repose en partie sur les nouveaux algorithmes de traitement de données haut-contrastes développés par Valentin Christiaens du CEA-Irfu. Preuve de leur efficacité : parmi les 6 détections de la nouvelle exoplanète, 3 ont été réalisées par Valentin à partir des archives de SPHERE. Une réussite qui démontre tout le potentiel de ces nouveaux outils tirant profit de l’information spectrale dans les données, encore en cours de développement.
Notes
[1] Beta Pictoris d est l’exoplanète la plus faible jamais imagée depuis la Terre en magnitude absolue (en tenant compte de sa taille et de sa température uniquement), et non en magnitude apparente (où la distance contribue également à sa faible luminosité).
[2] Beta Pictoris fait partie d’un groupe d’étoiles de même âge, dont certaines abritent également des planètes. Beta Pictoris d semble être presque la jumelle de l’une de ces planètes, 51 Eri b, ce qui permet aux astronomes d’utiliser ces deux planètes pour affiner leurs modèles d’évolution et de croissance des planètes.
Contacts :
- Ben Sutlieff, Institute for Astronomy, University of Edinburgh
- Markus Bonse, European Southern Observatory (ESO)
- Jayne Birkby, Department of Physics, University of Oxford
- Valentin Christiaens, CEA Paris-Saclay, Université Paris-Saclay, Université Paris Cité, CEA, CNRS
Lien vers le communiqué de presse de l’ESO : Faintest planet ever imaged from Earth found after more than 10 years of hide-and-seek | ESO