Situé à environ 150 années lumière¹ de la Terre, un astre fort étrange gravitant autour d’une étoile double a été observé par l’équipe de Philippe Delorme de l’Institut de planétologie et d’astrophysique de Grenoble (Ipag). Il pourrait s’agir d’une exoplanète (planète située hors du système solaire) Cet objet, répondant au doux nom de 2MASS0103(AB)b et premier de ce type à être observé directement, interpelle les astrophysiciens. Sa masse et celle de son étoile double ne sont, en effet, pas compatibles avec les modèles couramment admis pour la formation des planètes. Philippe Delorme nous en dit plus sur sa découverte et les problèmes théoriques qu’elle pose.

 

 

En discutant avec Philippe Delorme, chercheur à l’Institut de planétologie et d’astrophysique de Grenoble, on n’a pas de peine à imaginer l’enfant fasciné par les étoiles qu’il dit avoir été. Si, les années passant, l’enfant a fait place à l’étudiant en physique, puis à l’astronome de niveau international, la passion à l’évidence est restée intacte.

 

C’est probablement cette passion et sa solide formation scientifique qui ont conduit ce jeune chercheur grenoblois de 31 ans à faire deux découvertes remarquables en l’espace de quelques mois. Début 2012, il observait une planète « errante », un objet céleste vagabondant dans l’espace sans aucun lien avec une étoile. Situé « seulement » à environ 100 années lumière¹ de la Terre, il s’agissait de l’objet de ce type le plus proche de notre système solaire jamais observé. Cette proximité de la Terre et l’absence d’étoile associée a permis à l’équipe de Philippe Delorme une étude d’une précision sans précédent de cette exoplanète², notamment de son atmosphère.

 

Fin 2012, Philippe Delorme bousculait à nouveau le monde extrêmement actif de l’exoplanétologie. En effet, associé à une équipe internationale regroupant des chercheurs grenoblois, canadiens, chiliens et allemands, il observait à quelque 150 années lumière¹ de la Terre un surprenant trio céleste, composé d’une étoile double (en blanc) et d’un « objet » (en rouge) tout à fait étrange, appelé 2MASS0103(AB)b,selon la très complexe nomenclature internationale. Tel Janus, le dieu romain aux deux visages, cet objet peut être vu soit comme une exoplanète², soit comme une « naine brune »³. Cependant, aucune des deux hypothèses n’est totalement satisfaisante, ni ne colle avec les théories couramment admises de formation des planètes. « Un modèle essentiellement fondé sur notre système solaire », souligne Philippe Delorme.

 

 

La formation des astres et autres objets célestes est un processus complexe qu’il serait vain de vouloir décrire ici en quelques lignes. Retenons simplement que ces divers objets célestes prennent naissance dans une nébuleuse, c’est-à-dire un nuage formé de gaz riches en hydrogène et de poussières, hérités du Big Bang⁴. C’est l’accumulation-concentration de ceux-ci par gravité qui va engendrer étoiles, planètes et autres objets tels que 2MASS0103(AB)b,chère à Philippe Delorme. S’agit-il d’une exoplanète ou d’une naine brune ? Dans les deux cas, on se heurte, à des paradoxes importants « et c’est cela qui rend notre travail si excitant : une observation nouvelle qui oblige à revisiter nos approches théoriques » ajoute Philippe Delorme avec un sourire gourmand.

 

Certes la distance estimée séparant 2MASS0103(AB)b de son étoile double, approximativement 12,5 milliards de km, soit environ 100 fois la distance Terre-Soleil, est tout à fait compatible avec une genèse planétaire classique au sein du disque gazeux entourant une jeune étoile. Par contre, ce modèle « classique » est totalement improbable lorsque l’on considère les masses respectives estimées de 2MASS0103(AB)b, équivalant à 12 ou 14 fois celle de Jupiter, alors que celle de l’étoile double ne fait qu’environ le tiers de celle du soleil. « Ce rapport des masses respectives des deux objets est beaucoup trop faible pour convenir au scénario classique : la majorité du gaz présent autour du couple d’étoiles aurait déjà disparu bien avant que 2MASS0103(AB)b ait atteint sa taille actuelle » nous explique Philippe Delorme.

 

On peut alors imaginer que nous avons à faire, non pas à une planète, mais à une « naine brune » et que nous sommes en présence d’un trio « exotique » et, à l’heure actuelle, unique en son genre. Mais dans ce cas, il faudrait alors imaginer une nébuleuse qui se serait fragmentée pour engendrer un système à trois étoiles, dont l’une, la naine brune, anormalement peu massive, se situerait précisément à une distance compatible avec une formation planétaire. Etrange coïncidence ! En réalité, cette hypothèse paraît tout à fait improbable à l’astronome grenoblois.

 

En conclusion, il apparaît que la nature véritable de 2MASS0103(AB)b, planète ou naine brune, n’étant pas clairement établie, il serait prématuré de remettre en cause le modèle standard de formation. Par contre, si d’autres observations permettaient de découvrir un système semblable, c’est-à-dire formé d’une étoile de faible masse et d’une « vraie » planète très massive, nul doute qu’il faudra alors que les astrophysiciens théoriciens imaginent d’autres processus pour expliquer la formation de ce type d’ exoplanètes. On imagine donc aisément l’impatience avec laquelle Philippe Delorme attend la nouvelle campagne d’observation au Chili, prévue dans les prochains mois, pour tenter de trouver des petites sœurs à 2MASS0103(AB)b.

 

 

 

L’Institut de Planétologie de d’Astrophysique de Grenoble-IPAG (Institut mixte CNRS/Université Joseph Fourrier).
© Patrick Seyer

L’Institut de Planétologie de d’Astrophysique de Grenoble

 

Cet institut occupe une place importante dans le monde de l’exoplanétologie. Sur la dizaine d’exoplanètes imagées, c’est-à-dire observées directement, environ la moitié l’a été à Grenoble. D’autre part, l’Ipag est en pointe dans la détection d’exoplanètes par la méthode de « détermination des vitesses radiales ⁶».

 

 

GLOSSAIRE

 

1) Année lumière : il s’agit d’une unité de distance bien adaptée aux dimensions gigantesques de l’univers. Elle est très utilisée en astronomie car beaucoup plus pratique et parlante que les kilomètres. Une année lumière correspond à la distance parcourue par la lumière en un an. Sachant que la vitesse de la lumière est d’environ 300 000 km par seconde, en une année, la lumière parcourt donc environ 9 500 milliards de kilomètres. En d’autres termes, dire qu’un objet céleste est situé à une année lumière de la Terre, signifie qu’il se trouve à 9 500 milliards de kilomètres de celle-ci.

 

2 ) Exoplanète : planète située hors du système solaire.

 

3) Naine brune : étoile avortée, n’ayant pas atteint une masse suffisante lors de sa formation pour enclencher les réactions thermo-nucléaires⁵ internes, telles qu’elles existent dans une « vraie » étoile. On admet qu’une naine brune a une taille comprise entre 0,07 masse solaire et 13 fois la masse de Jupiter.

 

4) Big Bang : modèle cosmologique utilisé par les scientifiques pour décrire « l’origine » et l’évolution de l’univers. Selon cette théorie, l’ensemble de la matière et de l’énergie de l’univers actuel aurait été contenu, il y a 13,8 milliards d’années, dans un espace extrêmement ténu, dense et chaud.

 

5) Réaction thermo-nucléaire : processus par lequel deux noyaux atomiques légers s’assemblent pour former un noyau plus lourd. Cette réaction est à l’œuvre de manière naturelle dans le Soleil et la plupart des étoiles de l’univers. La fusion de noyaux légers dégage d’énormes quantités d’énergie.

 

6) Vitesse radiale. Le mouvement d’une étoile par rapport à un observateur peut être décomposé en deux axes orthogonaux : radial et tangentiel. La composante radiale de la vitesse d’une étoile est affectée par la présence d’un objet, telle une planète orbitant autour d’elle. Le principe physique qui régit cette mesure (l’effet Doppler) est le même que celui utilisé par les radars de contrôle de vitesse des automobiles (sur Terre !). D’une certaine manière, cette méthode revient à « flasher » une étoile. Ce phénomène permet donc de détecter indirectement la présence d’un astre autour de l’étoile et même, sous certaines conditions, d’estimer la masse de celui-ci.

 

 

 

Pour en savoir (beaucoup) plus : 

 

Direct imaging discovery of 12-14 Jupiter mass object orbiting a young binary system of very low-mass stars, P. Delorme et al., Astronomy & Astrophysics Letters, 03/2013.

 

Date de rédaction : 15 juillet 2013