Par l’Observatoire W. M. Keck
Le 3 juillet 2023
Grâce à l’observatoire W. M. Keck, une équipe d’astronomes dirigée par Kyle Franson de l’université du Texas à Austin a capturé des images directes de l’une des planètes de plus faible masse, baptisée AF Lep b. Cette découverte, publiée dans l’Astrophysical Journal Letters, marque la première utilisation de la technique de l’astrométrie pour détecter une planète géante en orbite autour d’une jeune étoile semblable au Soleil.
Des scientifiques ont utilisé une technique appelée astrométrie pour obtenir une image directe de l’une des planètes de plus faible masse, AF Lep b, en orbite autour d’une jeune étoile semblable au Soleil. Cette méthode pourrait révolutionner la façon dont nous découvrons les planètes extrasolaires, en particulier celles qui sont difficiles à détecter en raison de leur distance, de leur masse ou de leur orientation par rapport à la Terre.
Des astronomes utilisant l’observatoire W. M. Keck à Maunakea, sur l’île d’Hawaï, ont découvert l’une des planètes de plus faible masse dont les images ont été directement capturées. Ils ont non seulement pu mesurer sa masse, mais aussi déterminer que son orbite est similaire à celle des planètes géantes de notre propre système solaire.
Cette planète, appelée AF Lep b, est l’une des premières découvertes grâce à une technique appelée astrométrie. Cette méthode permet de mesurer les mouvements subtils d’une étoile hôte sur plusieurs années afin d’aider les astronomes à déterminer si des compagnons d’orbite difficiles à voir, y compris des planètes, exercent une attraction gravitationnelle sur l’étoile.
Image directe prise par le télescope Keck II de AF Lep b, une planète extrasolaire dont la masse et l’orbite sont similaires à celles de Jupiter. Source : Université du Texas à Austin/W. M. Keck Observatory. M. Keck Observatory
L’étude, dirigée par Kyle Franson, étudiant diplômé en astronomie à l’université du Texas à Austin (UT Austin), est publiée dans Astrophysical Journal Letters.
« Lorsque nous avons traité les observations à l’aide du télescope Keck II en temps réel afin d’éliminer soigneusement les reflets de l’étoile, la planète est immédiatement apparue et est devenue de plus en plus apparente au fur et à mesure que nous observions », a déclaré Kyle Franson.
Les images directes prises par l’équipe de Franson ont révélé qu’AF Lep b a une masse environ trois fois supérieure à celle de Jupiter et qu’elle orbite autour d’AF Leporis, une jeune étoile semblable au Soleil située à environ 87,5 années-lumière. L’équipe a pris une série d’images profondes de la planète à partir de décembre 2021 ; deux autres équipes ont également pris des images de la même planète depuis lors.
« C’est la première fois que cette méthode est utilisée pour trouver une planète géante en orbite autour d’un jeune analogue du Soleil », a déclaré Brendan Bowler, professeur adjoint d’astronomie à l’UT Austin et auteur principal de l’étude. « Cela ouvre la voie à l’utilisation de cette approche comme nouvel outil pour la découverte d’exoplanètes ».
Le mouvement de la planète extrasolaire AF Lep b (point blanc à environ 10 heures) autour de son étoile hôte (centre) est visible sur ces deux images prises en décembre 2021 et février 2023. Les images ont été prises avec le télescope de 10 mètres de l’observatoire W. M. Keck à Hawaii. Crédit : Kyle Franson, Université du Texas à Austin/W. M. Keck Observatory. M. Keck Observatory
Bien que sa masse soit beaucoup plus faible que celle de son étoile hôte, une planète en orbite fait légèrement osciller la position de l’étoile autour du centre de masse du système planétaire. L’astrométrie utilise ce décalage de la position d’une étoile dans le ciel par rapport à d’autres étoiles pour déduire l’existence de planètes en orbite. Franson et Bowler ont identifié l’étoile AF Leporis comme pouvant abriter une planète, compte tenu de la façon dont elle s’est déplacée au cours des 25 années d’observations des satellites Hipparcos et Gaia.
Pour obtenir une image directe de la planète, l’équipe de l’UT Austin a utilisé le système d’optique adaptative de l’observatoire Keck, qui corrige les fluctuations causées par les turbulences de l’atmosphère terrestre, associé au coronographe à vecteur vortex de la caméra proche infrarouge 2 (NIRC2) du télescope Keck II, qui supprime la lumière de l’étoile hôte afin que la planète puisse être vue plus clairement. AF Lep b est environ 10 000 fois moins lumineuse que son étoile hôte et se trouve à environ 8 fois la distance Terre-Soleil.
Ce graphique montre les masses et les distances orbitales de toutes les planètes extrasolaires qui ont été directement imagées jusqu’à présent. Les astronomes ont confirmé les masses de cinq d’entre elles (marquées par des étoiles) et estimé les autres (points). La nouvelle planète imagée, AF Lep b (étoile jaune), a une masse et une orbite qui en font l’une des planètes extrasolaires les plus semblables à Jupiter imagées jusqu’à présent. Crédit : Brendan Bowler, Université du Texas à Austin
« L’imagerie des planètes est un véritable défi », a déclaré M. Franson. Nous n’avons qu’une quinzaine d’exemples, et nous pensons que cette nouvelle approche « informée dynamiquement », rendue possible par le télescope Keck II et l’imagerie par optique adaptative NIRC2, sera beaucoup plus efficace que les relevés à l’aveugle qui ont été effectués au cours des deux dernières décennies. »
Les deux méthodes les plus courantes pour trouver des planètes extrasolaires consistent à observer un léger assombrissement périodique de la lumière de l’étoile si une planète passe régulièrement devant l’étoile – comme un papillon de nuit qui tourne en spirale autour d’une lampe de véranda – et à mesurer d’infimes changements dans les fréquences de la lumière de l’étoile qui résultent du fait que la planète tire l’étoile d’avant en arrière le long de la direction de la Terre. Ces deux méthodes fonctionnent mieux avec les grosses planètes qui orbitent à proximité de leur étoile hôte, et elles sont toutes deux indirectes : nous ne voyons pas la planète, nous voyons seulement comment elle influence l’étoile.
La méthode combinant l’imagerie directe et l’astrométrie pourrait aider les astronomes à trouver des planètes extrasolaires qui étaient difficiles à trouver auparavant avec d’autres méthodes parce qu’elles étaient trop éloignées de leur étoile hôte, avaient une masse trop faible ou n’avaient pas d’orbite sur le bord vu de la Terre. Un autre avantage de cette technique est qu’elle permet aux astronomes de mesurer directement la masse d’une planète, ce qui est difficile avec d’autres méthodes à de grandes distances orbitales.
Bowler a déclaré que l’équipe prévoit de continuer à étudier AF Lep b.
« Ce sera une excellente cible à caractériser davantage avec le télescope spatial James Webb et la prochaine génération de grands télescopes terrestres tels que le télescope géant Magellan et le télescope de trente mètres », a déclaré Bowler. « Nous prévoyons déjà des travaux de suivi plus sensibles à des longueurs d’onde plus grandes afin d’étudier les propriétés physiques et la chimie atmosphérique de cette planète.
Référence : « Astrometric Accelerations as Dynamical Beacons : A Giant Planet Imaged inside the Debris Disk of the Young Star AF Lep » par Kyle Franson, Brendan P. Bowler, Yifan Zhou, Tim D. Pearce, Daniella C. Bardalez Gagliuffi, Lauren I. Biddle, Timothy D. Brandt, Justin R. Crepp, Trent J. Dupuy, Jacqueline Faherty, Rebecca Jensen-Clem, Marvin Morgan, Aniket Sanghi, Christopher A. Theissen, Quang H. Tran et Trevor N. Wolf, 22 juin 2023, Astrophysical Journal Letters.
DOI : 10.3847/2041-8213/acd6f6
Le temps NASA Keck est administré par l’Exoplanet Science Institute de la NASA. Les données présentées ici ont été obtenues à l’Observatoire W. M. Keck grâce au temps de télescope alloué à la National Aeronautics and Space Administration dans le cadre du partenariat scientifique de l’agence avec le California Institute of Technology et l’Université de Californie.