La plupart des exoplanètes que nous avons découvertes ont été identifiées par de grandes enquêtes comme la mission Kepler ou le Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS). Bien que ces projets soient excellents pour repérer les étoiles qui hébergent des planètes, ils nous disent principalement que les planètes sont là. Comprendre un système exosolaire et ses planètes nécessite de multiples observations de suivi – et le temps de télescope qui va avec. Ici, le succès phénoménal des sondages nous a donné beaucoup plus à observer que nous ne pouvions y accéder facilement.
Mais les suivis peuvent fournir des informations essentielles, comme le montre clairement une étude publiée cette semaine. Dans ce document, les chercheurs décrivent les observations d’un système à trois planètes découvert par TESS. En utilisant les observations supplémentaires, les chercheurs découvrent qu’il y a probablement deux autres planètes que TESS n’a pas pu voir et que celle qu’il a repérée est l’exoplanète la moins massive décrite à ce jour.
Le système s’appelle L 98-59 et possède quelques propriétés qui en font un excellent candidat pour les observations de suivi. L’un des avantages est qu’il est assez proche, du moins en termes galactiques, n’étant qu’à environ 35 années-lumière de la Terre. Il est également situé là où il passera beaucoup de temps dans le champ de vision du télescope spatial James Webb, si cette mission réussit à atteindre son orbite opérationnelle. Cela signifie que les chercheurs n’auront pas trop de mal à obtenir suffisamment d’images pour étudier les atmosphères des planètes du système.
TESS repère les planètes en surveillant la baisse de lumière qui se produit lorsque les planètes passent entre leur étoile hôte et la Terre. D’autres ont donc suivi cette étude avec des observations utilisant des mesures de vitesse radiale, qui surveillent les changements de lumière de l’étoile qui se produisent lorsque la gravité de ses planètes la tire dans différentes directions. La vitesse radiale peut nous donner la masse probable d’une planète ; combiné à la taille de la planète fournie par TESS, cela peut nous indiquer la densité d’une planète et offre ainsi des indices sur sa composition.
Malheureusement, il n’y avait pas assez de temps de télescope pour réduire beaucoup les incertitudes. Le nouvel article présente de nombreuses observations supplémentaires qui ont été effectuées à l’aide d’un instrument relié au très grand télescope de l’Observatoire européen austral au Chili.
Le moyen standard d’analyser ce type de données consiste à identifier le signal périodique le plus fort causé par une planète et à le supprimer des données, puis à continuer jusqu’à ce que vous manquiez de signaux statistiquement significatifs. Curieusement, lorsque cette analyse est arrivée au point où les trois planètes identifiées par TESS ont été supprimées, il restait encore des signaux. Les signaux indiquaient la présence claire d’une quatrième planète et la présence possible d’une cinquième (les modèles avec quatre et cinq planètes étaient également cohérents avec les données).
Une chose évidente à examiner est de voir si les autres planètes étaient apparentes, mais leurs signaux n’avaient pas été reconnus. Pour vérifier cela, les chercheurs se sont appuyés sur un logiciel appelé (et je n’invente rien) le calcul du modèle de transit Bad-Ass, ou BATMAN. Mais dans les données de transit, les planètes ne sont tout simplement pas là.
Ce n’est pas un problème majeur. Les transits reposent sur un alignement minutieux du système exosolaire, où les planètes orbitent dans un plan qui croise la Terre. Si toutes les planètes ne tournent pas précisément dans ce plan, elles ne transiteront peut-être pas du point de vue de la Terre. Pourtant, cela signifie que nous avons besoin de données supplémentaires ou d’une analyse minutieuse pour rechercher des interactions gravitationnelles entre les planètes, ce qui peut influencer le moment de leurs transits.
Si la cinquième planète existe, elle fait environ 2,5 fois la masse de la Terre, donc elle sera probablement rocheuse. Il se trouverait également au milieu de la zone habitable de L 98-59, où de l’eau liquide pourrait potentiellement exister à la surface de la planète. Parce que L 98-59 est une petite étoile faible, cependant, la zone habitable est si proche que la planète ne prendrait que 23 jours pour terminer une orbite.
Parce que la détection de la vitesse radiale nous indique la masse d’une planète et que regarder le transit de la planète nous donne sa taille, nous connaissons maintenant la densité des trois planètes qui ont été détectées par les deux méthodes. Deux sont un peu moins denses que la Terre, ce qui suggère qu’ils ont une structure similaire, à l’exception d’avoir un noyau de fer plus petit. En revanche, le troisième ne représente qu’environ la moitié de la densité de la Terre, ce qui suggère qu’il pourrait contenir jusqu’à 30% d’eau – un monde océanique.
L’autre découverte frappante est la masse de l’une des planètes semblables à la Terre. C’est moins de la moitié de celle de la Terre, laissant la planète nettement plus massive que Mercure et Mars mais moins de la moitié de la masse de Vénus. C’est donc la plus petite exoplanète confirmée découverte à ce jour. Sur la base du système solaire, nous nous attendrions à ce qu’il y ait un bon nombre de planètes de cette taille ou plus petites. Il est donc encourageant que nous les détections enfin.
À ce stade, il existe des milliers de candidats pour les planètes que nous n’avons pas examinés. Beaucoup de surprises similaires pourraient nous attendre. En attendant, des enquêtes comme TESS continueront d’ajouter à la liste des objets que nous devons vérifier plus attentivement.
Astronomie & Astrophysique2021. DOI : Pas encore disponible.