Le détecteur spatial d’ondes gravitationnelles LISA pourra découvrir des exoplanètes

Vue d'artiste d'un système binaire de naines blanches avec son compagnon planétaire. Crédit : Artwork de Simonluca Definis
Les exoplanètes seront aussi au menu de l’observatoire spatial d’ondes gravitationnelles LISA ! Deux chercheurs allemand et français proposent une méthode astucieuse qui devrait permettre au chasseur de trous noirs de pister les autres mondes. A travers toute la Galaxie et même au-delà.

Détecter des exoplanètes à l’aide des ondes gravitationnelles, voilà l’étrange idée que les astrophysiciens Nicola Tamanini (AEI) et Camilla Danielski (CEA) viennent de publier ce 8 juillet 2019 dans la revue Nature Astronomy...

En 2034, l’Agence spatiale européenne (ESA) lancera une constellation de trois satellites destinée à traquer les ondes gravitationnelles. LISA, premier interféromètre spatial, opérera dans une bande de fréquences suffisamment basses (entre 0,001 et 0,01 Hz) pour détecter les couples de trous noirs ou d’étoiles à neutrons, mais pour aussi ressentir les frémissements de l’espace-temps brassé par les paires de naines blanches. Il s’agit des restes compacts d’étoiles qui se sont débarrassées de leur enveloppe extérieure, comme le fera le Soleil à la fin de sa vie.

C’est en analysant l’impact qu’aurait une éventuelle planète sur ces couples stellaires que les deux chercheurs ont réalisé que « la perturbation d’une planète en orbite autour de l’un de ces couples devrait produire des oscillations dans la forme de leur onde gravitationnelle » explique Camilla Danielski. Tout comme la classique méthode des vitesses radiales permet de repérer une planète par le mouvement qu’elle imprime sur son étoile, trahie par l’effet Doppler, la faible attraction d’une planète sur deux naines blanches doit pouvoir se lire dans l’onde gravitationnelle qu’elles émettent.


Localisation des planètes connues (triangles) et  des naines blanches binaires potentiellement accessibles à LISA (de 0, en noir,
à 100, en rouge). A droite : Zoom sur l'environnement du Soleil, le faisceau de triangles bleus correspondant au champ observé
par le satellite Kepler. Crédit : Tamanini & Danielski
 

Selon leur calcul, la méthode devrait permettre à LISA de dénicher des exoplanètes jusqu’à 50 masses terrestres. Surtout — une onde gravitationnelle s’amortissant bien moins rapidement qu’une onde lumineuse — ce sont des exoplanètes à travers toute la Voie lactée et même au-delà qui seront accessibles !

Une fois la direction de la planète grossièrement repérée, il restera à la localiser précisément dans l’immensité de l’espace. Une tâche qui sera réservée aux observatoires électromagnétiques. « L’astronomie multimessager, utilisée lors de la première détection de fusion d’étoiles à neutrons en 2017, est vouée à prospérer. L’étape finale de caractérisation d’exoplanète autour de naines blanches binaires passera par la spectroscopie, qui nous renseignera sur la composition de la planète », soutient Camilla Danielski

La découverte d’exoplanètes autour des naines blanches binaires par LISA permettra aux chercheurs d’explorer une phase de l’évolution planétaire qu’ils connaissent mal. Des exoplanètes peuvent-elles survivre à la phase de nébuleuse planétaire qui conduit les étoiles du stade de géante rouge à celui de naine blanche ? Celles que l’on observe sont-elles au contraire des exoplanètes de seconde génération ? Encore une fois, l'astronomie multimessager sera un atout majeur dans la recherche de réponses à ces questions fondamentales.

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