Une ceinture de comètes autour d’un système planétaire

La naine rouge GJ581 est une étoile proche (à vingt années-lumière) qui héberge quatre exoplanètes entre deux et quinze masses terrestres (des super-Terres), détectées par la méthode des vitesses radiales. Ce résultat est le fruit de travaux du projet DEBRIS (Disc Emission via a Bias-free Reconnaissance in the Infrared/Submillimetre) pilotés par Jean-François Lestrade, chercheur à l’Observatoire de Paris. Il a bénéficié du soutien du CNES à l’exploitation d’Herschel. Un résultat similaire est publié en parallèle pour l’étoile 61 Virginis sous la direction de l’Université de Cambridge.

Plusieurs centaines de disques de débris autour d’étoiles sont connus à ce jour. Mais seulement une poignée ont pu être résolus (c’est-à-dire imagés). En outre, c'est la première fois que les astronomes décèlent un tel disque autour d'une naine rouge d'âge mûr. Ce type d’étoile les intéresse particulièrement car il est le plus répandu dans la Galaxie. Mais les naines rouges sont aussi les moins lumineuses des étoiles, compliquant cette quête. Le tour de force a été rendu possible grâce à la sensibilité inégalée de l'Observatoire spatial Herschel aux longueurs d'onde infrarouge.

La présence de ce disque trahit l’existence d'une ceinture de comètes (qui ne peut pas être observée directement). En effet, ces poussières sont le résultat de l’évaporation de comètes ainsi que de collisions entre comètes et autres petits corps, probablement provoquées par la déstabilisation de leurs orbites par une ou plusieurs autres exoplanètes non détectées.

A partir de l'analyse des images du disque, les astronomes ont pu déterminer que les bords internes et externes de la ceinture se situent respectivement à une distance d’environ 25 à 60 Unités Astronomiques de l’étoile (1 UA = la distance Terre-Soleil). Les quatre planètes détectées sont elles beaucoup plus proches, à moins de 0,22 UA de l’étoile, soit plus proches que Mercure du Soleil.

Cette ceinture évoque notre ceinture de Kuiper, vestige de la formation des planètes de notre système solaire au delà de l'orbite de Neptune. Dans notre système, on pense qu’un bombardement intense par ces comètes de glace a été un moyen de procurer de l'eau à la Terre (et peut-être à Mars) pour former les océans au début de son histoire.

Il se trouve que deux des quatre planètes connues de ce système sont situées dans la zone dite « Habitable » , c’est-à-dire que la température dans cette région est telle que l'eau présente pourrait être dans son état liquide. Par analogie avec l'histoire du système solaire, il se pourrait que cette ceinture joue le rôle d’un réservoir d'eau alimentant des océans sur ces planètes par bombardement. L’étoile étant relativement âgée (2 milliards d’années), ce processus a pu être à l’œuvre depuis longtemps, si bien que la présence d’importantes quantités d’eau sur ces deux planètes est possible.

Les chercheurs ont fait une autre découverte : parmi les systèmes planétaires observés avec Herschel, la plupart de ceux qui ne contiennent que des planètes de faible masse comportent des ceintures, alors qu’aucune n’a été détectée autour des étoiles qui hébergent une ou plusieurs planètes géantes (environ la masse de Jupiter). Ce constat laisse penser que la survie à long terme de telles ceintures n’est possible qu’en l’absence de planètes très massives, celles-ci « éparpillant » rapidement les comètes par perturbation gravitationnelle. Ceci est parfaitement compatible de notre propre système solaire, dans lequel la ceinture de Kuiper, qui contient environ 10 fois moins de comètes que celle de GJ581, a probablement été vidée très tôt de son contenu sous l’effet conjugué des perturbations de Jupiter et de Saturne – ce qui a provoqué l’intense bombardement évoqué plus haut.

J.-F. Lestrade¹, B. C. Matthews^{2 8}, B. Sibthorpe³, G. M. Kennedy⁴, M. C. Wyatt⁴, G. Bryden⁵, J. S. Greaves⁶, E. Thilliez¹, Amaya Moro-Martin⁷, M. Booth⁸, W. R. F. Dent⁹, G. Duchene^{10 11}, P. M. Harvey¹³, J. Horner¹⁴, P. Kalas^{10 12}, J. J. Kavelaars^{2 8}, N. M. Phillips⁹, D. R. Rodriguez¹⁵, K. Y. L. Su¹⁶, D. J. Wilner¹⁷, A debris Disk Around The Planet Hosting M-star GJ581 Spatially Resolved with Herschel, Astronomy & Astrophysics, novembre 2012.

¹ Observatoire de Paris, CNRS, 61 Av. de l’Observatoire, 75014 Paris, France
² Herzberg Institute of Astrophysics (HIA), National Research Council of Canada, Victoria, BC, Canada
³ UK Astronomy Technology Centre (UKATC), Royal Observatory Edinburgh, Blackford Hill, Edinburgh, EH9 3HJ, UK
⁴ Institute of Astronomy (IoA), University of Cambridge, Madingley Road, Cambridge, CB3 0HA, UK
⁵ Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, CA 91109, USA
⁶ School of Physics and Astronomy, University of St. Andrews, North Haugh, St. Andrews, Fife, KY16 9SS, UK
⁷ Department of Astrophysics, Center for Astrobiology, Ctra. de Ajalvir, km 4, Torrej?on de Ardoz, 28850 Madrid, Spain
⁸ Dept. of Physics & Astronomy, University of Victoria, Elliott Building, 3800 Finnerty Rd, Victoria, BC, V8P 5C2, Canada
⁹ ALMA JAO, Av. El Golf 40 – Piso 18, Las Condes, Santiago, Chile
¹⁰ Astronomy Department, UC Berkeley, 601 Campbell Hall, Berkeley, CA 94720-3411, USA
¹¹ UJF-Grenoble 1/CNRS-INSU, Institut de Planétologie et d’Astrophysique de Grenoble (IPAG) UMR 5274, 38041 Grenoble, France
¹² SETI Institute, 515 North Whisman Road, Mountain View, CA 94043, USA
¹³ Astronomy Department, University of Texas at Austin, 1 University Station C1400, Austin, TX, USA
¹⁴ Department of Astrophysics and Optics, School of Physics, University of New South Wales, 2052 Sydney, Australia
¹⁵ Departamento de Astronomía, Universidad de Chile, Casilla 36-D, Santiago, Chile
¹⁶ Steward Observatory, University of Arizona, 933 North Cherry Avenue, Tucson, AZ 85721, USA
¹⁷ Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, 60 Garden Street, Cambridge, MA 02138, USA

• Contact scientifique : Jean-François Lestrade
• Responsable de la thématique astrophysique : Olivier La Marle

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