Depuis la découverte en 1995 de la première planète en orbite autour d'une étoile normale autre que le Soleil, il existe aujourd'hui plus de 150 candidats de ces soi-disant exoplanètes. La plupart d'entre eux sont détectés par des méthodes indirectes, basées soit sur les variations de la vitesse radiale, soit sur la gradation de l'étoile lorsque la planète passe devant elle (voir ESO PR 06/03, ESO PR 11/04 et ESO PR 22/04 ).
Les astronomes préféreraient cependant obtenir une image directe d'une exoplanète, leur permettant de mieux caractériser la nature physique de l'objet. C'est une tâche extrêmement difficile, car la planète est généralement cachée dans les «reflets» de son étoile hôte.
Pour surmonter en partie ce problème, les astronomes étudient des objets très jeunes. En effet, les objets sous-stellaires sont beaucoup plus chauds et plus brillants lorsqu'ils sont jeunes et peuvent donc être plus facilement détectés que les objets plus anciens de masse similaire.
Sur la base de cette approche, il se pourrait bien que la détection, l'an dernier, d'un faible point lumineux à côté de la jeune naine brune 2M1207 par une équipe internationale d'astronomes utilisant le très grand télescope ESO (ESO PR 23/04) soit la recherche image de bonne foi d'une exoplanète. Un rapport récent basé sur les données du télescope spatial Hubble semble confirmer ce résultat. Les observations encore plus récentes faites avec le télescope spatial Spitzer des lueurs infrarouges chaudes de deux planètes "Jupiter chaudes" précédemment détectées sont un autre résultat intéressant dans ce contexte. Cette richesse de nouveaux résultats, obtenus en quelques mois, illustre parfaitement la dynamique de ce domaine de recherche.
Petit compagnon
Maintenant, une autre équipe d'astronomes [1] a peut-être fait une autre percée importante dans ce domaine en trouvant un petit compagnon pour une jeune étoile. Depuis plusieurs années, ces scientifiques recherchent des planètes et des objets de faible masse, en particulier autour d'étoiles encore en cours de formation - appelées étoiles T-Tauri - en utilisant à la fois l'imagerie directe et les techniques de vitesse radiale. L'un des objets de leur liste est GQ Lupi, une jeune étoile T-Tauri, située dans le nuage Lupus I (le Loup), une région de formation d'étoiles à environ 400 ou 500 années-lumière de là. La star GQ Lupi est apparemment un très jeune objet encore entouré d'un disque, âgé de 100 000 à 2 millions d'années.
Les astronomes ont observé GQ Lupi le 25 juin 2004 avec l'instrument d'optique adaptative NACO attaché à Yepun, le quatrième télescope d'unité de 8,2 m du Very Large Telescope situé au sommet du Cerro Paranal (Chili). L'optique adaptative (AO) de l'instrument surmonte la distorsion induite par la turbulence atmosphérique, produisant des images dans le proche infrarouge extrêmement nettes.
Comme le montre l'ESO PR Photo 10a / 05, la série d'expositions NACO révèle clairement la présence du petit compagnon, situé à proximité immédiate de l'étoile. Cet objet nouvellement trouvé se trouve à seulement 0,7 seconde d'arc et aurait été ignoré sans l'utilisation des capacités d'optique adaptative de NACO.
À la distance de GQ Lupi, la séparation entre l'étoile et son faible compagnon est d'environ 100 unités astronomiques (ou 100 fois la distance entre le Soleil et la Terre). C'est à peu près 2,5 fois la distance entre Pluton et le Soleil.
Le compagnon, appelé GQ Lupi B ou GQ Lupi b [2], est environ 250 fois plus faible que GQ Lupi A comme on le voit dans cette série d'images. D'autres images obtenues avec l'OCNA en août et septembre ont confirmé la présence et la position de ce compagnon.
Aller dans la même direction
Les astronomes ont alors découvert que l'étoile avait été précédemment observée par le télescope Subaru ainsi que par le télescope spatial Hubble. Ils ont récupéré les images correspondantes des archives de données de ces installations pour une analyse plus approfondie.
Les images plus anciennes, prises respectivement en juillet 2002 et avril 1999, montraient également la présence du compagnon, donnant aux astronomes la possibilité de mesurer précisément la position des deux objets sur une période de plusieurs années. À leur tour, cela leur a permis de déterminer si les étoiles se déplacent ensemble dans le ciel - comme il faut s'y attendre si elles sont liées par gravitation - ou si le plus petit objet n'est qu'un objet d'arrière-plan, juste aligné par hasard.
D'après leurs mesures, les astronomes ont constaté que la séparation entre les deux objets n'avait pas changé au cours de la période de cinq ans couverte par les observations (voir ESO PR Photo 10b / 05). Pour les scientifiques, c'est une preuve claire que les deux objets se déplacent dans la même direction dans le ciel. «Si l'objet faible était un objet d'arrière-plan», explique Ralph Neuh? Utilisateur de l'Université d'Iéna (Allemagne) et chef de l'équipe, «nous verrions un changement de séparation car GQ Lup se déplacerait dans le ciel. De 1999 à 2004, la séparation aurait changé de 0,15 seconde d'arc, alors que nous sommes convaincus que le changement est au moins 20 fois plus petit. »
Exoplanète ou naine brune?
Pour approfondir la nature physique de l'objet nouvellement découvert, les astronomes ont utilisé NACO sur le VLT pour prendre une série de spectres. Ceux-ci ont montré la signature typique d'un objet très cool, en particulier la présence d'eau et de bandes de CO. Compte tenu des couleurs infrarouges et des données spectrales disponibles, les calculs du modèle atmosphérique indiquent une température comprise entre 1 600 et 2 500 degrés et un rayon deux fois plus grand que Jupiter (voir PR Photo 10c / 05). Selon cela, GQ Lupi B est donc un objet froid et plutôt petit.
Mais quelle est la nature de ce faible objet? Est-ce une exoplanète de bonne foi ou est-ce une naine brune, ces étoiles «défaillantes» qui ne sont pas assez massives pour produire centralement des réactions nucléaires majeures? Bien que la frontière entre les deux soit encore un sujet de débat, une façon de les distinguer est par leur masse (car cela se fait également entre les naines brunes et les étoiles): les planètes (géantes) sont plus légères qu'environ 13 masses Jupiter ( la masse critique nécessaire pour allumer la fusion du deutérium), les naines brunes sont plus lourdes.
Qu'en est-il de GQ Lupi b?
Malheureusement, les nouvelles observations ne fournissent pas d'estimation directe de la masse de l'objet. Ainsi, les astronomes doivent s'appuyer sur la comparaison avec des modèles théoriques de tels objets. Mais ce n'est pas aussi simple qu'il y paraît. Si, comme les astronomes l'acceptent généralement, GQ Lupi A et B se sont formés simultanément, l'objet nouvellement trouvé est très jeune. Le problème est que pour ces objets très jeunes, les modèles théoriques traditionnels ne sont probablement pas applicables. S'ils sont utilisés, cependant, ils fournissent une estimation de la masse de l'objet qui se situe quelque part entre 3 et 42 masses Jupiter, c'est-à-dire englobant à la fois la planète et les domaines de la naine brune.
Ces premières phases de la formation de naines brunes et de planètes sont un territoire essentiellement inconnu pour les modèles. Il est très difficile de modéliser l'effondrement précoce des nuages de gaz étant donné les conditions autour de l'étoile mère en formation. Un ensemble de modèles, spécialement conçu pour modéliser les très jeunes objets, fournit des masses aussi faibles que une à deux masses Jupiter. Mais comme le souligne l'utilisateur de Ralph Neuh, «ces nouveaux modèles doivent encore être calibrés, avant que la masse de ces compagnons puisse être déterminée en toute confiance».
Les astronomes soulignent également qu'à partir de la comparaison entre leurs spectres VLT / NACO et les modèles théoriques du co-auteur Peter Hauschildt de l'Université de Hambourg (Allemagne), ils arrivent à la conclusion que le meilleur ajustement est obtenu pour un objet ayant environ 2 rayons Jupiter et 2 masses Jupiter. Si ce résultat se vérifie, GQ Lupi b serait ainsi l'exoplanète la plus jeune et la plus légère à avoir été imagée.
D'autres observations sont encore nécessaires pour déterminer avec précision la nature de GQ Lupi B. Si les deux objets sont effectivement liés, alors le plus petit objet aura besoin de plus de 1000 ans pour compléter une orbite autour de son étoile hôte. C'est bien sûr trop long à attendre, mais l'effet du mouvement orbital pourrait être détectable - comme un petit changement dans la séparation entre les deux objets - dans quelques années. L'équipe prévoit donc d'effectuer des observations régulières de cet objet à l'aide de NACO sur le VLT, afin de détecter ce mouvement. Nul doute que dans l'intervalle, de nouveaux progrès sur le plan théorique seront réalisés et que de nombreuses découvertes sensationnelles seront faites dans ce domaine.
Plus d'information
La recherche présentée dans ce communiqué de presse de l'ESO est publiée dans une lettre à l'éditeur acceptée pour publication par Astronomy and Astrophysics («Evidence for a co-moving sub-stellar compagnon of GQ Lup» par R. Neuh? User et al.) Et disponible en format PDF à http://www.edpsciences.org/articles/aa/pdf/forthpdf/aagj061_forth.pdf.
Remarque
[1]: L'équipe est composée de Ralph Neuh? Utilisateur, G? Nther Wuchterl, Markus Mugrauer et Ana Bedalov (Université d'Iéna, Allemagne), Eike Guenther (Th? Ringer Landessternwarte Tautenburg, Allemagne) et Peter Hauschildt (Hamburger Sternwarte, Allemagne).
[2]: Dans la littérature astronomique, la convention est de mettre des majuscules pour les étoiles membres de plusieurs systèmes, mais des minuscules pour les planètes. Si le compagnon de GQ Lupi A se révèle être une planète, il serait appelé GQ Lupi b, alors que s'il s'agit d'une naine brune, il serait identifié comme GQ lupi B. Compte tenu de l'incertitude actuelle, nous avons donc utilisé les deux dénominations dans ce communiqué de presse, tout comme les auteurs de l'article scientifique original.
Source d'origine: communiqué de presse de l'ESO
