Il y a quinze ans, les plus grands télescopes du monde devaient encore localiser une planète en orbite autour d'une autre étoile. Aujourd'hui, les télescopes pas plus grands que ceux disponibles dans les grands magasins s'avèrent capables de repérer des mondes jusque-là inconnus. Une nouvelle planète détectée par un petit télescope de 4 pouces de diamètre montre que nous sommes à l'aube d'une nouvelle ère de découverte de la planète. Bientôt, de nouveaux mondes pourraient être localisés à un rythme accéléré, rapprochant la détection du premier monde de la taille de la Terre.
«Cette découverte démontre que même les humbles télescopes peuvent apporter une énorme contribution aux recherches sur la planète», explique Guillermo Torres du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), co-auteur de l'étude.
Cette étude de recherche sera publiée en ligne à http://arxiv.org/abs/astro-ph/0408421 et paraîtra dans un prochain numéro de The Astrophysical Journal Letters.
Il s'agit de la toute première découverte de planète extrasolaire réalisée par une étude dédiée de plusieurs milliers d'étoiles relativement brillantes dans de grandes régions du ciel. Il a été réalisé à l'aide du Trans-Atlantic Exoplanet Survey (TrES), un réseau de petits télescopes relativement peu coûteux conçus pour rechercher spécifiquement des planètes en orbite autour d'étoiles brillantes. Une équipe de scientifiques co-dirigée par David Charbonneau (CfA / Caltech), Timothy Brown du National Center for Atmospheric Research (NCAR) et Edward Dunham de Lowell Observatory a développé le réseau TrES. La prise en charge initiale du réseau TrES est venue du Jet Propulsion Laboratory de la NASA et du California Institute of Technology.
«Il a fallu plusieurs doctorats. les scientifiques travaillent à plein temps pour développer les méthodes d'analyse des données pour ce programme de recherche, mais l'équipement lui-même utilise des composants simples et prêts à l'emploi », explique Charbonneau.
Bien que les petits télescopes du réseau TrES aient fait la découverte initiale, des observations de suivi dans d'autres installations étaient nécessaires. Observations au W.M. L’observatoire Keck qui, pour l’Université de Californie, Caltech et la NASA, exploite les deux plus grands télescopes du monde à Hawaï, a été particulièrement crucial pour confirmer l’existence de la planète.
Planet Shadows
La nouvelle planète est une géante gazeuse de la taille de Jupiter en orbite autour d'une étoile située à environ 500 années-lumière de la Terre dans la constellation de la Lyre. Ce monde fait le tour de son étoile tous les 3,03 jours à une distance de seulement 4 millions de miles, beaucoup plus proche et plus rapide que la planète Mercure dans notre système solaire.
Les astronomes ont utilisé une technique innovante pour découvrir ce nouveau monde. Il a été trouvé par la «méthode du transit», qui recherche une baisse de la luminosité d'une étoile lorsqu'une planète passe directement devant l'étoile et projette une ombre. Une planète de la taille de Jupiter ne bloque qu'environ 1 / 100e de la lumière d'une étoile semblable au soleil, mais cela suffit pour la rendre détectable.
Pour réussir, les recherches de transit doivent examiner de nombreuses étoiles car nous ne voyons un transit que si un système planétaire est situé presque en bordure de notre ligne de visée. Un certain nombre de recherches de transit différentes sont actuellement en cours. La plupart examinent des zones limitées du ciel et se concentrent sur les étoiles plus faibles car elles sont plus courantes, augmentant ainsi les chances de trouver un système de transit. Cependant, le réseau TrES se concentre sur la recherche d'étoiles plus brillantes dans de plus grandes étendues du ciel, car les planètes en orbite autour d'étoiles brillantes sont plus faciles à étudier directement.
«Tout ce avec quoi nous devons travailler, c'est la lumière qui vient de l'étoile», explique Brown. "Il est beaucoup plus difficile d'apprendre quoi que ce soit lorsque les étoiles sont faibles."
«Il est presque paradoxal que les petits télescopes soient plus efficaces que les plus grands si vous utilisez la méthode du transit, car nous vivons à une époque où les astronomes planifient déjà des télescopes de 100 mètres de diamètre», explique l'auteur principal Roi Alonso de l'Institut d'astrophysique de les Canaries (IAC), qui ont découvert la nouvelle planète.
La plupart des planètes extrasolaires connues ont été trouvées en utilisant la «méthode Doppler», qui détecte l'effet gravitationnel d'une planète sur son étoile par spectroscopie en divisant la lumière de l'étoile en ses couleurs composantes. Cependant, les informations qui peuvent être glanées sur une planète en utilisant la méthode Doppler sont limitées. Par exemple, seule une limite inférieure de la masse peut être déterminée car l'angle sous lequel nous observons le système est inconnu. Une naine brune de masse élevée dont l'orbite est fortement inclinée vers notre champ de vision produit le même signal qu'une planète de faible masse qui est presque frontale.
«Lorsque les astronomes trouvent une planète en transit, nous savons que son orbite est essentiellement frontale, nous pouvons donc calculer sa masse exacte. De la quantité de lumière qu'il bloque, nous apprenons sa taille physique. Dans un cas, nous avons même pu détecter et étudier l'atmosphère d'une planète géante », explique Charbonneau.
Tri des suspects
Le relevé TrES a examiné environ 12 000 étoiles à 36 degrés carrés du ciel (une zone la moitié de la taille du bol de la Grande Ourse). Roi Alonso, un étudiant diplômé de Brown’s, a identifié 16 candidats possibles pour les transits planétaires. «L'enquête TrES nous a donné notre liste initiale de suspects. Ensuite, nous avons dû faire de nombreuses observations de suivi pour éliminer les imposteurs », explique le co-auteur Alessandro Sozzetti (Université de Pittsburgh / CfA).
Après avoir compilé la liste des candidats fin avril, les chercheurs ont utilisé des télescopes au Whipple Observatory du CfA en Arizona et au Oak Ridge Observatory dans le Massachusetts pour obtenir des observations photométriques (luminosité) supplémentaires, ainsi que des observations spectroscopiques qui ont éliminé les étoiles binaires éclipsantes.
En l'espace de deux mois, l'équipe avait ciblé le candidat le plus prometteur. Les observations spectroscopiques à haute résolution de Torres et Sozzetti en utilisant le temps fourni par la NASA sur le télescope Keck I de 10 mètres de diamètre à Hawaï ont confirmé l'affaire.
«Sans ce travail de suivi, les relevés photométriques ne peuvent pas dire lesquels de leurs candidats sont en fait des planètes. La preuve du pudding est une orbite pour l'étoile parente, et nous l'avons obtenue en utilisant la méthode Doppler. C'est pourquoi les observations Keck de cette étoile ont été si importantes pour prouver que nous avions trouvé un véritable système planétaire », explique le co-auteur David Latham (CfA).
Remarquablement normal
La planète, appelée TrES-1, ressemble beaucoup à Jupiter en termes de masse et de taille (diamètre). Il s'agit probablement d'une géante gazeuse composée principalement d'hydrogène et d'hélium, les éléments les plus courants de l'Univers. Mais contrairement à Jupiter, il orbite très près de son étoile, ce qui lui donne une température d'environ 1500 degrés F.
Les astronomes sont particulièrement intéressés par TrES-1 parce que sa structure s'accorde si bien avec la théorie, contrairement à la première planète en transit découverte, HD 209458b. Ce dernier monde contient environ la même masse que TrES-1, mais est environ 30% plus grand. Même sa proximité avec son étoile et la chaleur qui l'accompagne n'expliquent pas une taille aussi grande.
"Trouver TrES-1 et voir à quel point il est normal nous fait soupçonner que le HD 209458b est une planète" bizarre "", explique Charbonneau.
TrES-1 orbite autour de son étoile toutes les 72 heures, la plaçant parmi un groupe de planètes similaires appelées «Jupiters chauds». Ces mondes se sont probablement formés beaucoup plus loin de leurs étoiles, puis ont migré vers l'intérieur, emportant toutes les autres planètes dans le processus. Les nombreux systèmes planétaires qui contiennent des Jupiters chauds indiquent que notre système solaire peut être inhabituel pour son histoire relativement calme.
L'orbite étroite de TrES-1 et son histoire de migration font qu'il est peu probable qu'elle possède des lunes ou des anneaux. Néanmoins, les astronomes continueront d'examiner ce système de près car des observations photométriques précises peuvent détecter des lunes ou des anneaux s'ils existent. De plus, des observations spectroscopiques détaillées peuvent donner des indices sur la présence et la composition de l'atmosphère de la planète.
L'article décrivant ces résultats est rédigé par: Roi Alonso (IAC); Timothy M. Brown (NCAR); Guillermo Torres et David W. Latham (CfA); Alessandro Sozzetti (Université de Pittsburgh / CfA); Georgi Mandushev (Lowell), Juan A. Belmonte (IAC); David Charbonneau (CfA / Caltech); Hans J. Deeg (IAC); Edward W. Dunham (Lowell); Francis T. O’Donovan (Caltech); et Robert Stefanik (CfA).
Cette annonce conjointe est publiée simultanément par le CfA, l'IAC, le NCAR, l'Université de Pittsburgh et l'Observatoire Lowell.
Le W.M. L'observatoire de Keck est exploité par la California Association for Research in Astronomy, un partenariat scientifique du California Institute of Technology, de l'Université de Californie et de la National Aeronautics and Space Administration.
Basée à Cambridge, dans le Massachusetts, le Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) est une collaboration conjointe entre le Smithsonian Astrophysical Observatory et le Harvard College Observatory. Les scientifiques du CfA, organisés en six divisions de recherche, étudient l'origine, l'évolution et le destin ultime de l'univers.
Source d'origine: communiqué de presse de Harvard CfA
