L’exoplanète de Bêta Pictoris refait surface

La planète Bêta Pictoris b est le point blanc sur l'image du VLT. L'étoile Bêta Pictoris a été artificiellement soustraite. Crédit : A-M Lagrange
La planète géante qui gravite autour de l’étoile Bêta Pictoris vient d’être photographiée une nouvelle fois grâce au VLT. Une observation riche d’informations sur ce système planétaire voisin.

Depuis le 18 novembre 2016, plus personne n’avait revu la planète gazeuse qui tourne autour de l’étoile Bêta Pictoris, à 63 années-lumière du Système solaire. Ce mois-là, Anne-Marie Lagrange, du Laboratoire d’astrophysique de Grenoble et découvreuse de la planète en 2008, en avait pris la toute dernière photo avant qu’elle ne se noie dans la lumière de son étoile. En effet, Bêta Pictoris b (c’est son nom) suit une trajectoire dans un plan qui la conduit à passer quasiment devant son étoile. En novembre 2016, elle se rapprochait donc de plus en plus de cette conjonction attendue par les astronomes. Grâce à l’instrument SPHERE (une caméra dotée d’une puissante optique adaptative), installé sur l’un des télescopes de 8,2 m du VLT, au Chili, Anne-Marie Lagrange a retrouvé la planète le 17 septembre 2018, de l’autre côté de l’étoile, comme prévu.

Une orbite mieux connue

La réapparition de la planète de 13 fois la masse de Jupiter du côté nord-est de l’étoile a permis de préciser son orbite. Jusque-là, il existait plusieurs solutions pour extrapoler sa trajectoire. L’une d’elles supposait une orbite assez excentrique qu’elle aurait couverte en plus de 30 ans. Celle-ci est maintenant éliminée. Les astronomes savent que la géante gazeuse qu’ils ont aperçue pour la première fois en 2003 (pour une découverte effective en 2008) se trouve à 9,2 unités astronomiques de son étoile et qu’elle suit une orbite très peu excentrique, à l’image de Jupiter ou de Saturne. Elle la boucle en un peu plus de 22 ans.

Environ 15 ans se sont donc écoulés depuis le premier cliché de cette planète. Elle a été repérée pour la première fois du côté nord-est de l’étoile. Puis, elle avait été vue du côté sud-ouest, après être passé derrière l’étoile. Toutefois, ce n’est que depuis 2014 que les astronomes la suivent avec une grande précision grâce à SHPERE et qu’ils disposent de meilleures données pour préciser ses paramètres orbitaux.

En empilant les 12 photos de Bêta Pictoris b prises entre août 2014 et septembre 2018 sur une même image, la forme de l'orbite de la planète se dessine (a gauche). Les astronomes ont pu la tracer entièrement et en perspective (à droite). Crédit : Anne-Marie Lagrange et al.

Un transit attendu…

Cette nouvelle image de Bêta Pictoris b apporte un éclairage déterminant sur un événement attendu par les astronomes et… qui n’a pas eu lieu : son transit devant l’étoile. Il y avait en effet une petite chance pour qu’en passant entre son étoile et la Terre, l’exoplanète transite devant le disque stellaire. Au vu des dernières observations, les astronomes n’y croyaient pas trop mais ils pensaient tout de même qu’ils verrraient le passage de l’environnement proche de la planète devant l’étoile. Cet environnement a un nom scientifique : c’est la sphère de Hill. Il s’agit d’un volume sphérique d’environ 150 millions de kilomètres de rayon dans lequel la gravité de la planète gouverne tout. C’est là que se trouvent d’éventuels satellites mais aussi que l’espace a été nettoyé de toutes les poussières. Or, des poussières, le voisinage de Bêta Pictoris en est rempli, au point que les astronomes observent l’étoile à travers un voile permanent. Par conséquent, si la sphère de Hill transitait devant l’étoile, cela devait se traduire par une augmentation de la luminosité de cette dernière due à un déficit de matière qui aurait accompagné Bêta Pictoris b.

… mais qui n’est jamais venu

Le rendez-vous était donc pris. Entre fin 2017 et fin 2018, il devait se passer quelque chose. Les astronomes ont mobilisé un télescope au pôle Sud, A-Step, pour suivre en permanence la luminosité de l’étoile et noter la moindre augmentation. Un micro-satellite, PicSat, a même été lancé avec pour but d’assurer depuis l’espace, cette surveillance en continu. Hélas, après quelques orbite, l’engin a cessé de fonctionner. Par chance, un télescope situé en Afrique du Sud, mais aussi une mini-constellation de cinq cube-sat, Brite, étaient sur la brèche. Le télescope Hubble a lui aussi été braqué ponctuellement vers l’étoile. Résultat ? « Nous n’avons rien vu à part les oscillations naturelles de l’étoile qui est une variable de type delta Scuti, détaille Tristan Guillot, astronome à l’Observatoire de Côte d’Azur. La luminosité de Bêta Pictoris varie de 0,5% toutes les trente minutes. Le télescope A-Step le détecte bien. » Quant à la sphère de Hill, elle demeure pour le moment indécelable. Toutefois, les analyses des observations ne font que commencer, comme le rappelle Anne-Marie Lagrange : « Nous ne pouvons rien exclure pour le moment. Il est difficile de juger de la stabilité photométrique de l’étoile (ndlr : conserver une référence stable sur la luminosité mesurée) sur une aussi longue période. » En d’autres termes, seule l’expertise minutieuse des données accumulées par les différents télescopes permettra de dire si oui ou non, la sphère de Hill a effectivement transité devant l’étoile.

Une activité cométaire en hausse

Toutefois, il est possible que les astronomes aient décelé par un autre moyen le passage de la planète tout près de son étoile. « Pendant le transit supposé, nous avons décelé une plus grande activité cométaire que d’habitude, poursuit Tristan Guillot. » En effet, la présence de comètes dans ce système jeune n’est plus un mystère depuis des années. Dès les années 1980, la signature spectrale de comètes chutant vers l’étoiles et passant devant elle a été observée et son évolution suivie fréquemment depuis. Le surcroît d’activité cométaire est-il dû à la position de la planète à ce moment ? Là encore, difficile de l’affirmer.

Un aperçu de la magnétosphère de la planète ?

Pour Alain Lecavelier, astronome à l’Institut d’astrophysique de Paris (IAP) et spécialiste de longue date de Bêta Pictoris, « Il s’est passé quelque chose. Pendant le transit de la sphère de Hill, nous avons observé des variations en spectroscopie (ndlr : la lumière de l’étoile décomposée afin de mesurer des vitesses, des températures et la présence d’éléments). Nous avons repéré la présence d’hydrogène neutre et d’oxygène ionisé. » Pour le chercheur, cela peut provenir de variations survenues à la surface de l’étoile, mais aussi du passage devant l’étoile d’une famille de comète. Il existe aussi une troisième hypothèse : une conjonction entre l’étoile et la sphère de Hill de la planète. « Nous avons repéré la signature de gaz ionisé, pendant le transit, reprend Tristan Guillot. Vient-il du vent stellaire dont les particules se recombinent avec la magnétosphère de la planète ? » Cela n’est pour le moment qu’une piste préliminaire. Des travaux approfondis doivent être effectués pour la vérifier et, le cas échéant, la confirmer.

Bêta Pictoris b n’a pas éclipsé sont étoile en 1981

Le transit de Bêta Pictoris b devant son étoile était attendu pour une autre raison. Dans les années 1990, l’astronome Christian Nitschelm, avait découvert dans des données anciennes que le 10 novembre 1981, pendant quelques heures, l’éclat de Bêta Pictoris avait chuté de 2% avant de redevenir normal. Mieux, pendant les jours qui avaient précédé l’événement l’étoile a lentement brillé de plus en plus pour baisser au même rythme après l’événement. A l’époque, cela est interprété comme le passage de la sphère de Hill et de la planète devant l’étoile. Sauf que l’événement, remarqué avant la découverte de la première exoplanète, n’a jamais été observé de nouveau. De quoi douter du phénomène qui en a été à l’origine.

Avant que Bêta Pictoris b ne se rapproche de son étoile, les astronomes se doutaient qu’elle ne passerait pas devant son disque, et qu’elle ne provoquerait pas une éclipse partielle. C’est bien comme cela que les choses se sont déroulées. En additionnant les douze observations menées avec SPHERE entre le 12 août 2014 et le 17 septembre 2018, les astronomes ont pu reconstituer la trajectoire de la planète. Le résultat est étonnant : en quatre ans, elle décrit un arc de cercle qui correspond à son orbite vue en perspective ! Il apparaît clairement qu’elle n’a pas pu passer devant l’étoile. Conclusion, si une planète est bien responsable de l’éclipse du 10 novembre 1981, ce n’est pas Bêta Pictoris b.

Un résultat qui en appelle d’autres

Avec les dernières images de cette exoplanète géante, Anne-Marie Lagrange et ses collègues ont franchi un nouveau cap dans l’exploration du système de Bêta Pictoris. En effet, grâce à l’instrument SPHERE, ils ont obtenu les photographies les plus précises jamais réussies de l’environnement de cette étoile. Le cliché du 18 novembre 2016 révèle la planète alors qu’elle se trouve à seulement 125 millisecondes d’arc de son éblouissante étoile. Rapporté à 63 années-lumière – la distance de Bêta Pictoris – cet écart représente autour de 2,5 fois la distance Terre-Soleil. Cela signifie que SPHERE peut détecter une planète géante à seulement 375 millions de km de son étoile. Dans le Système solaire, cela correspond aux orbites des objets de la Ceinture d’astéroïde, entre Mars et Jupiter. De quoi laisser espérer de futures découvertes tant il serait étonnant que le système en formation de Bêta Pictoris ne soit riche que d’une seule planète géante.

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