Avec l’aide de scientifiques citoyens, les astronomes ont découvert ce qui pourrait être les trois dernières planètes que le télescope spatial Kepler a vues avant d’être mis à la retraite. Cette illustration représente le télescope spatial Kepler de la NASA, qui a été mis hors service en octobre 2018, et trois planètes découvertes au cours de ses derniers jours de données. Crédit : NASA/JPL-Caltech (K. Walbolt)
Au cours de ses derniers jours de fonctionnement en 2018, le télescope spatial Kepler de la NASA a potentiellement découvert ses dernières planètes. Des scientifiques du MIT et de l’Université du Wisconsin à Madison, aidés par des citoyens scientifiques, ont trouvé deux nouvelles « mini-Neptunes chaudes » et une possible troisième planète candidate. Cette découverte marque la fin de la prolifique mission de recherche de planètes de Kepler, qui a contribué à la découverte de plus de 2 500 exoplanètes.
L’existence de plus de 5 000 planètes au-delà de notre système solaire a été confirmée. Plus de la moitié d’entre elles ont été découvertes par le télescope spatial Kepler de la NASA, un observatoire résistant qui a largement dépassé la durée de sa mission initiale. Pendant neuf ans et demi, l’engin spatial a suivi la Terre, scrutant le ciel à la recherche de baisses périodiques de la lumière des étoiles qui pourraient signaler la présence d’une planète traversant devant son étoile.
Les derniers jours, le télescope a continué à enregistrer la luminosité des étoiles alors qu’il était à court de carburant. Le 30 octobre 2018, les réservoirs de carburant étant épuisés, la sonde a été officiellement retirée du service.
Aujourd’hui, des astronomes du MIT et de l’Université du Wisconsin à Madison, avec l’aide de citoyens scientifiques, ont découvert ce qui pourrait être les dernières planètes que Kepler a contemplées avant de s’éteindre.
L’équipe a passé au peigne fin la dernière semaine de données de haute qualité du télescope et a repéré trois étoiles, dans la même partie du ciel, qui semblaient s’assombrir brièvement. Les scientifiques ont déterminé que deux de ces étoiles abritent chacune une planète, tandis que la troisième héberge une planète « candidate » qui doit encore être vérifiée.
Les deux planètes validées sont K2-416 b, une planète qui fait environ 2,6 fois la taille de la Terre et qui tourne autour de son étoile tous les 13 jours, et K2-417 b, une planète un peu plus grande qui fait un peu plus de trois fois la taille de la Terre et qui tourne autour de son étoile tous les 6,5 jours. En raison de leur taille et de leur proximité avec leur étoile, ces deux planètes sont considérées comme des « mini-Neptunes chaudes ». Elles sont situées à environ 400 années-lumière de la Terre.
L’image de « dernière lumière » prise le 25 septembre 2018 représente la dernière page du dernier chapitre du remarquable voyage de collecte de données de Kepler. Les lacunes noircies au centre et le long du haut de l’image sont le résultat de défaillances antérieures de pièces aléatoires dans la caméra. Grâce à la conception modulaire, les pertes n’ont pas eu d’impact sur le reste de l’instrument. Crédit : NASA/Ames Research Center
La planète candidate est EPIC 246251988 b – le plus grand des trois mondes avec près de quatre fois la taille de la Terre. Cette planète de la taille de Neptune tourne autour de son étoile en 10 jours environ et se trouve légèrement plus loin, à 1 200 années-lumière de la Terre.
« Nous avons trouvé ce qui est probablement les dernières planètes jamais découvertes par Kepler, dans des données prises alors que la sonde était littéralement à bout de souffle », explique Andrew Vanderburg, professeur adjoint de physique à l’Institut Kavli d’astrophysique et de recherche spatiale du MIT. « Les planètes elles-mêmes ne sont pas particulièrement inhabituelles, mais leur découverte atypique et leur importance historique les rendent intéressantes ».
L’équipe a publié sa découverte le 30 mai dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Les coauteurs de Vanderburg sont l’auteur principal Elyse Incha, de l’université du Wisconsin à Madison, et les astronomes amateurs Tom Jacobs et Daryll LaCourse, ainsi que des scientifiques de la NASA, du Centre d’astrophysique de Harvard et du Smithsonian, et de l’université de Caroline du Nord à Chapel Hill.
Sommaire
Squelette de données
En 2009, la NASA a lancé le télescope Kepler dans l’espace, où il a suivi l’orbite de la Terre et surveillé en permanence des millions d’étoiles dans une partie du ciel septentrional. Pendant quatre ans, le télescope a enregistré la luminosité de plus de 150 000 étoiles, ce qui a permis aux astronomes de découvrir des milliers de planètes possibles au-delà de notre système solaire.
Kepler a poursuivi ses observations au-delà de sa mission initiale de trois ans et demi, jusqu’en mai 2013, lorsque la deuxième des quatre roues de réaction est tombée en panne. Les roues servaient de gyroscopes au vaisseau spatial, aidant à maintenir le télescope pointé vers un point particulier du ciel. Les observations de Kepler ont été interrompues pendant que les scientifiques cherchaient une solution.
Un an plus tard, Kepler a redémarré sous le nom de « K2 », une mission remaniée qui utilisait le vent du soleil pour équilibrer le vaisseau spatial instable de manière à maintenir le télescope relativement stable pendant quelques mois d’affilée – une période appelée « campagne ». K2 a continué pendant quatre ans, observant plus d’un demi-million d’étoiles supplémentaires avant que le vaisseau spatial ne soit finalement à court de carburant lors de sa 19e campagne. Les données de cette dernière campagne ne comprenaient qu’une semaine d’observations de haute qualité et 10 jours de mesures plus bruyantes, la sonde ayant rapidement perdu du carburant.
« Nous étions curieux de voir si nous pouvions tirer quelque chose d’utile de ce court ensemble de données », explique M. Vanderburg. « Nous avons essayé de voir quelles étaient les dernières informations que nous pouvions en tirer.
Par l’œil
Vanderburg et Incha ont présenté le défi au Visual Survey Group, une équipe d’astronomes amateurs et professionnels qui recherchent des exoplanètes dans les données satellitaires. Ils examinent à l’œil des milliers de courbes de lumière enregistrées pour chaque étoile, à la recherche de baisses de luminosité caractéristiques qui signalent un « transit », c’est-à-dire le passage éventuel d’une planète devant son étoile.
Les scientifiques citoyens sont particulièrement aptes à passer au peigne fin de courts ensembles de données tels que la toute dernière campagne de K2.
« Ils peuvent distinguer les transits d’autres phénomènes bizarres tels qu’une défaillance de l’instrument », explique M. Vanderburg. « C’est particulièrement utile lorsque la qualité des données commence à se dégrader, comme ce fut le cas lors de la dernière campagne de K2.
Les astronomes ont passé quelques jours à examiner efficacement les courbes de lumière que Kepler a enregistrées pour environ 33 000 étoiles. L’équipe a travaillé avec seulement une semaine de données de haute qualité du télescope avant qu’il ne commence à perdre du carburant et à se déconcentrer. Même dans cette courte fenêtre de données, l’équipe a pu repérer un seul transit dans trois étoiles différentes.
Incha et Vanderburg ont ensuite examiné les toutes dernières observations de moindre qualité du télescope, prises au cours de ses 11 derniers jours de fonctionnement, pour voir s’ils pouvaient repérer d’autres transits dans les trois mêmes étoiles, preuve qu’une planète tournait périodiquement autour de son étoile.
Au cours de cette période de 11 jours, alors que la sonde perdait du carburant, ses propulseurs ont fonctionné de manière plus irrégulière, entraînant une dérive de la vue du télescope. Dans leur analyse, l’équipe s’est concentrée sur la région des courbes de lumière de chaque étoile entre les activités des propulseurs, pour voir s’ils pouvaient repérer des transits supplémentaires dans ces moments moins bruyants pour les données.
Cette recherche a révélé un second transit pour K2-416 b et K2-417 b, validant le fait qu’elles abritent toutes deux une planète. L’équipe a également détecté une baisse de luminosité similaire pour K2-417 b dans les données prises de la même étoile par le Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) de la NASA, une mission dirigée et opérée par le MIT. Les données de TESS ont permis de confirmer la présence d’une planète autour de cette étoile.
« Ces deux-là sont sans aucun doute des planètes », déclare Incha. « Nous avons également effectué des observations au sol afin d’exclure toutes sortes de scénarios faussement positifs, y compris l’interférence des étoiles de fond et les binaires stellaires proches.
« Il s’agit des dernières planètes observées chronologiquement par Kepler, mais chaque donnée du télescope est incroyablement utile », explique Incha. « Nous voulons nous assurer qu’aucune de ces données n’est perdue, car il reste encore beaucoup de découvertes à faire.
Pour en savoir plus sur ce sujet, consultez le site Kepler Planet Hunter de la NASA : Unearthing a Triad of Alien Worlds (en anglais).
Référence : » Kepler’s last planet discoveries : two new planets and one single-transit candidate from K2 campaign 19″ par Elyse Incha, Andrew Vanderburg, Tom Jacobs, Daryll LaCourse, Allyson Bieryla, Emily Pass, Steve B Howell, Perry Berlind, Michael Calkins, Gilbert Esquerdo, David W Latham and Andrew W Mann, 30 mai 2023, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
DOI : 10.1093/mnras/stad1049
Cette recherche a été soutenue, en partie, par le MIT, la NASA et l’Université du Wisconsin Undergraduate Academic Awards.