Deux super-Terres autour de l’étoile K2-18

Grâce à des données recueillies par l’Observatoire européen austral (ESO), des chercheurs ont récemment découvert qu’une exoplanète méconnue, K2-18b, pourrait bien être une planète analogue à la Terre, mais plus grosse. Mais ce qu’il y a de tout aussi fascinant, c’est que la même équipe de chercheurs a constaté que la planète avait une voisine, un fait jusqu’alors ignoré.

« C’était certes impressionnant de pouvoir calculer la masse et la densité de l’exoplanète K2-18b, mais que dire de la découverte d’une autre exoplanète grâce à un coup de chance? C’était tout aussi incroyable! », indique Ryan Cloutier, principal auteur de l’article à paraître dans le journal Astronomy & Astrophysics et candidat au doctorat au Centre for Planetary Sciences de l’Université de Toronto à Scarborough, au département d’astronomie et d’astrophysique de l’Université de Toronto et à l’Institut de recherche sur les exoplanètes (iREx) de l’Université de Montréal.

Les deux planètes sont en orbite autour de la naine rouge K2-18, une étoile située à une distance de 111 années-lumière de la Terre dans la constellation du Lion. Lorsque la planète K2-18b a été découverte en 2015, on a noté qu’elle était dans la zone habitable de l’étoile; sa surface est donc susceptible d’être couverte d’eau à l’état liquide, un élément essentiel à la vie telle que nous la connaissons.

K2-18 b: une super-Terre intrigante

Ryan Cloutier a travaillé en collaboration avec une équipe internationale composée de chercheurs de l’Observatoire astronomique de l’Université de Genève, de l’iREx, de l’Université de Grenoble, de l’Université de Toronto à Scarborough et de l’Université de Porto. Ils se sont basés sur un ensemble de données fournies par le High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher (HARPS) ( ou chercheur de planètes par vélocimétrie de haute précision en français), installé sur le télescope de 3,6 m de l’ESO situé à l’observatoire de La Silla, au Chili. Le spectrographe HARPS permet de mesurer la vitesse radiale des étoiles, vitesse qui est influencée par la présence de planètes. Cet instrument est l’un des plus précis qui existent à l’heure actuelle. Ainsi, à l’aide de cet outil, on peut détecter l’existence de planètes de très petite taille gravitant autour des étoiles.

Afin de savoir si l’exoplanète K2-18b était une version grand format de la Terre (une planète de type rocheux) ou une version petit format de Neptune (une planète formée majoritairement de gaz), les chercheurs devaient d’abord déterminer sa masse. Ryan Cloutier et son équipe ont fait appel à une méthode d’apprentissage machine pour l’évaluer à partir des vitesses radiales mesurées par le spectrographe HARPS. Ils ont ainsi pu établir que la planète est soit une planète principalement rocheuse dotée d’une petite enveloppe gazeuse semblable à la Terre mais plus grosse, soit une planète essentiellement composée d’eau et recouverte d’une épaisse couche de glace.

« Si l’on connaît la masse et le rayon d’une planète, on peut calculer sa masse volumique apparente et ainsi avoir une idée générale de sa composition, explique Ryan Cloutier. Avec les données dont nous disposons actuellement, nous ne pouvons pas savoir de quel type de planète il s’agit entre les deux, indique-t-il. En revanche, avec le télescope spatial James Webb, nous pourrons sonder son atmosphère et dire si c’est une planète possédant une atmosphère étendue ou si elle est couverte d’eau. »

Ce télescope, dont le lancement est prévu pour 2019, permettra de recueillir une série de données pour l’étude du système solaire, de l’Univers primordial et des exoplanètes.

« L’engouement pour ce télescope est tel qu’il faut prendre soin de bien choisir les exoplanètes qu’on veut étudier », mentionne René Doyon, coauteur de l’article et chercheur principal de l’imageur dans le proche infrarouge et spectrographe sans fente, NIRISS, l’instrument de l’Agence spatiale canadienne qui est intégré au télescope spatial James Webb. « Étant donné l’intérêt que présente l’exoplanète K2-18b sur le plan des études atmosphériques, ce sera une cible prioritaire pour ce télescope. »

Une autre planète

C’est en examinant les données sur K2-18b que Ryan Cloutier a remarqué quelque chose d’inhabituel. En effet, en plus de constater du signal associé à la rotation de K2-18, qui apparaît tous les 39 jours et d’un autre associé à l’orbite de la planète K2-18b qui est visible tous les 33 jours, il a noté qu’un signal différent était capté tous les 9 jours.

« Quand nous avons pris connaissance de ces données, nous nous sommes arrêtés pour essayer de comprendre leur signification. Nous devions nous assurer que le signal n’était pas simplement du bruit, ce qui a nécessité une analyse méticuleuse. Mais le fait d’avoir enregistré ce signal initial constituait déjà un bon indice de la présence d’une autre planète », signale M. Cloutier.

Même si la nouvelle planète K2-18c est plus proche de son étoile et donc trop chaude pour être dans sa zone habitable, les données laissent penser qu’à l’instar de K2-18b, il s’agit d’une super-Terre, ce qui veut dire qu’elle possède une masse semblable à celle de notre planète. Ryan Cloutier, qui s’était fixé comme objectif de découvrir une exoplanète durant son doctorat, s’estime très chanceux de l’avoir atteint grâce à cet ensemble de données.

« Il a fallu attendre avant de crier victoire parce que nous devions effectuer bon nombre de vérifications afin de confirmer la validité des données. Une fois ce travail fait, nous avons compris que le signal avait bel et bien révélé l’existence d’une planète et que cette découverte était incroyable. »

Plus d’informations

L’article “Characterization of the K2-18 multi-planetary system with HARPS – A habitable zone super-Earth and discovery of a second, warm super-Earth on a non-coplanar orbit” est publié dans l’édition du 5 décembre 2017 de Astronomy & Astrophysics. En plus de Ryan Cloutier (UofT, UofT Scarborough, UdeM, iREx) et René Doyon (UdeM, iREx), l’équipe inclut N. Astudillo-Defru (Observatoire Astronomique de l’Université de Genève), Xavier Bonfils (Université Grenoble), J.-M. Almenara (Observatoire Astronomique de l’Université de Genève), Björn Benneke (UdeM, iREx), François Bouchy (Observatoire Astronomique de l’Université de Genève), Xavier Delfosse (Université Grenoble), D. Ehrenreich (Observatoire Astronomique de l’Université de Genève), T. Forveille (Université Grenoble), C. Lovis (Observatoire Astronomique de l’Université de Genève), Michel Mayor (Observatoire Astronomique de l’Université de Genève), Kristen Menou (UofT, UofT Scarborough) F. Murgas (Université Grenoble), Francesco Pepe (Observatoire Astronomique de l’Université de Genève), Jason Rowe (iREx, UBishop’s), N. C. Santos (Université de Porto), Stéphane Udry (Observatoire Astronomique de l’Université de Genève), et A. Wünsche (Université Grenoble).

Le projet a reçu du support du conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG) et de l’Institut de recherche sur les exoplanètes.

Le High Accuracy Radial velocity Planet Searcher (HARPS) au télescope de 3,6 m de l’ESO à La Silla est dédié à la découverte de planètes extrasolaires. C’est un spectrographe échelle à haute résolution pour lequel la précision à long terme est d’environ 1 m/s. L’ESO est la première organisation intergouvernementale pour l’astronomie en Europe et l’observatoire astronomique le plus productif au monde. L’ESO est soutenu par 15 pays : l’Allemagne, l’Autriche, la Belgique, le Brésil, le Danemark, l’Espagne, la Finlande, la France, l’Italie, les Pays-Bas, le Portugal, la République Tchèque, le Royaume-Uni, la Suède et la Suisse. L’ESO conduit d’ambitieux programmes pour la conception, la construction et la gestion de puissants équipements pour l’astronomie au sol qui permettent aux astronomes de faire d’importantes découvertes scientifiques. L’ESO joue également un rôle de leader dans la promotion et l’organisation de la coopération dans le domaine de la recherche en astronomie. L’ESO gère trois sites d’observation uniques, de classe internationale, au Chili : La Silla, Paranal et Chajnantor.

Contacts

Ryan Cloutier
UofT, UofT Scarborough, UdeM, iREx
cloutier@astro.utoronto.ca

René Doyon
Institut de recherche sur les exoplanètes, Université de Montréal
doyon@astro.umontreal.ca

Source

Don Campbell
Media Relations Officer
University of Toronto Scarborough
416-208-2938 or dcampbell@utsc.utoronto.ca

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