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Premier spectre d’une exoplanète dans le domaine visible

Des astronomes utilisant le chasseur de planètes HARPS à l’Observatoire de La Silla de l’ESO au Chili ont effectué la toute première détection directe du spectre de lumière visible réfléchie par une exoplanète. Ces observations ont par ailleurs révélé les propriétés encore inconnues du célèbre objet – la première exoplanète découverte autour d’une étoile ordinaire, 51 Pegasi b. Les résultats obtenus au moyen de cette technique augurent de belles découvertes qu’effectueront la prochaine génération d’instruments tel ESPRESSO sur le VLT ainsi que les télescopes à venir tel l’E-ELT. Ces recherches ont impliqué une chercheuse du Laboratoire d’astrophysique de Marseille (CNRS/Aix-Marseille Université) et sont publiées dans la revue Astronomy & Astrophysics du 22 avril 2015.

L’exoplanète 51 Pegasi b se situe à quelque 50 années-lumière de la Terre dans la constellation de Pégase. Elle fut découverte en 1995 et demeurera à jamais la toute première exoplanète détectée à proximité d’une étoile normale semblable au Soleil. Elle constitue également l’archétype des Jupiter chauds – un type de planètes relativement ordinaire, similaires à Jupiter en termes de taille et de masse, bien qu’orbitant à plus faible distance de leurs étoiles hôtes. Depuis cette découverte historique, l’existence de plus de 1900 exoplanètes au sein de 1200 systèmes planétaires a été confirmée. Mais l’année du vingtième anniversaire de sa découverte, l’observation de 51 Pegasi b permet une nouvelle avancée dans l’étude des exoplanètes.

L’équipe à l’origine de ces nouvelles observations était dirigée par Jorge Martins de l’Institut d’Astrophysique et des Sciences Spatiales (IA) de l’Université de Porto au Portugal. Elle a utilisé l’instrument HARPS qui équipe le télescope de 3,60 mètres de l’ESO à l’Observatoire de La Silla au Chili. La méthode la plus couramment utilisée de nos jours pour sonder l’atmosphère d’une exoplanète repose sur l’examen du spectre de l’étoile hôte qui traverse l’atmosphère de la planète au cours de son transit – cette technique se nomme spectroscopie de transmission. Une autre approche consiste à observer le système lorsque l’étoile passe devant la planète, et à en déduire la température de l’exoplanète.

Cette nouvelle technique ne dépend pas de la survenue d’un transit planétaire. Elle est donc susceptible d’être appliquée à l’étude d’un plus grand nombre d’exoplanètes. En outre, elle permet la détection directe du spectre planétaire dans le domaine visible, et donc la caractérisation de nouvelles propriétés planétaires impossibles à acquérir au moyen des autres méthodes. Le spectre de l’étoile hôte est utilisé comme modèle pour orienter la recherche d’une semblable signature de la lumière censée être réfléchie par la planète lorsqu’elle décrit son orbite. La lueur des planètes étant extrêmement faible comparée à l’éclat de leurs étoiles hôtes, cette tâche s’avère particulièrement délicate.

Par ailleurs, le signal en provenance de la planète se trouve aisément masqué par d’autres effets mineurs et diverses sources de bruit. La méthode appliquée aux données collectées par HARPS sur 51 Pegasi b a permis de surmonter l’ensemble de ces difficultés, ce qui constitue une formidable preuve de la validité du concept. Cette méthode de détection présente un grand intérêt scientifique parce qu’elle permet de mesurer la masse réelle de la planète ainsi que l’inclinaison de son orbite, deux paramètres essentiels à une meilleure compréhension du système. Elle conduit également à estimer l’albédo, ou indice de réflexion de la planète, dont on peut déduire la composition de surface de la planète ainsi que celle de son atmosphère.

Il est ainsi apparu que la masse de 51 Pegasi b avoisinait la moitié de celle de Jupiter, et que son orbite était inclinée de quelque 9 degrés en direction de la Terre. En outre, son diamètre semble être supérieur à celui de Jupiter, et sa surface extrêmement réfléchissante. Ces quelques propriétés sont typiques de celles d’un Jupiter chaud situé à très grande proximité de son étoile hôte et donc exposé à un ensoleillement intense.

L’utilisation de HARPS s’est avérée cruciale pour cette étude. Et le fait que ce résultat ait été obtenu au moyen du télescope de 3,6 mètres de l’ESO, qui offre un domaine d’application restreint de cette technique, constitue une excellente nouvelle pour les astronomes. Ce type d’équipement sera bientôt supplanté en effet par de nouveaux instruments bien plus performants, destinés à équiper de plus grands télescopes tels le VLT5 de l’ESO et le futur E-ELT. Nous attendons donc à présent avec impatience la première lumière du spectrographe ESPRESSO installé sur le VLT, afin d’effectuer une étude plus approfondie de ce système planétaire ainsi que d’autres.

Exoplanète 51 Pegasi b.
Cette vue d’artiste montre l’exoplanète 51 Pegasi b de type Jupiter chaud, en orbite autour d’une étoile située à quelque 50 années-lumière de la Terre dans la constellation boréale de Pégase (Le Cheval Ailé). Elle fut la toute première exoplanète découverte autour d’une étoile ordinaire en 1995. Vingt ans plus tard, elle constitue la première exoplanète à faire l’objet d’une détection directe en lumière visible.
© ESO/M. Kornmesser/Nick Risinger

Source(s) :

Evidence for a spectroscopic direct detection of reflected light from 51 Peg b, J. H. C. Martins 1 ;2 ;3 ;6, N. C. Santos 1 ;2 ;3, P. Figueira 1 ;2, J. P. Faria 1 ;2 ;3, M. Montalto 1 ;2, I. Boisse 4, D. Ehrenreich 5, C. Lovis 5, M. Mayor 5, C. Melo 6, F. Pepe 5, S. G. Sousa 1 ;2, S. Udry 5, and D. Cunha 1 ;2 ;3, Astronomie & Astrophysics, 22 avril 2015.

Contact(s) :

Isabelle Boisse, LAM (CNRS/Aix-Marseille Université)
Courriel : isabelle.boisse@lam.fr, 04 91 05 59 99

Ce texte est une reprise du communiqué de l’ESO.

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