Actualités

Le nouveau catalogue d’exoplanètes Kepler révèle des architectures d’exoplanètes et des systèmes multiplanétaires

Représentation artistique du système Kepler-385. Crédit d'image: Bishop's/D. Rutter.

Une nouvelle étude co-dirigée par un chercheur de l’Université Bishop’s a produit l’analyse la plus précise des exoplanètes de la mission Kepler de la NASA. Ces travaux ont révélé que Kepler-385 est un système de sept exoplanètes dynamiquement actif et ont permis de mieux comprendre les architectures des propriétés orbitales des exoplanètes en général.

Un article décrivant le nouveau catalogue a été accepté pour publication dans la revue The Planetary Science Journal et est disponible sut arXiv.

Une animation et sonification des résonances orbitales du système exoplanétaire Kepler-385. Crédit: Bishop’s/J. Rowe.

« Notre révision du catalogue Kepler des exoplanètes fournit la première véritable analyse uniforme des propriétés des exoplanètes », a déclaré Jason Rowe, titulaire de la chaire de recherche du Canada en astrophysique des exoplanètes, professeur à l’Université Bishop’s, au Québec (Canada) et membre de l’iREx. « Les améliorations apportées à toutes les propriétés planétaires et stellaires nous ont permis de mener une étude approfondie des propriétés fondamentales des systèmes exoplanétaires afin de mieux comprendre les exoplanètes et de comparer directement ces mondes lointains à notre propre Système solaire, et de nous concentrer sur les détails de systèmes individuels tels que Kepler-385. »

Représentation artistique du système Kepler-385. Crédit de l’image: Bishop’s/D. Rutter.

L’étude continue des données fournies par le télescope spatial Kepler de la NASA a permis de dévoiler le premier système composé de sept planètes dont chacune d’entre elles baignent dans une plus grande chaleur rayonnant de leur étoile hôte proportionnellement que n’importe quelle planète dans notre Système solaire. Contrairement à toutes nos planètes voisines, les sept planètes de ce système, baptisé Kepler-385, sont plus grandes que la Terre mais plus petites que Neptune. Il s’agit de l’un des rares systèmes planétaires connus à contenir plus de six planètes confirmées ou candidates. Le système Kepler-385 figure parmi les points saillants du nouveau catalogue Kepler, qui contient près de 4 400 planètes candidates, dont plus de 700 systèmes multiplanétaires.

« Nous avons dressé la liste la plus précise à ce jour des planètes candidates de Kepler et de leurs propriétés », a déclaré Jack Lissauer, chercheur au Centre de recherche Ames de la NASA, dans la Silicon Valley, en Californie, et auteur principal de l’article présentant le nouveau catalogue. « La mission Kepler de la NASA a découvert la majorité des exoplanètes connues, et ce nouveau catalogue permettra aux astronomes d’en savoir plus sur leurs caractéristiques ».

Au centre du système Kepler-385 se trouve une étoile semblable au Soleil, environ 10% plus grande et 5% plus chaude que le Soleil. Les deux planètes les plus proches de l’étoile centrale, toutes deux légèrement plus grandes que la Terre, sont probablement rocheuses et pourraient avoir une fine atmosphère. Les cinq autres planètes sont plus grandes – chacune ayant un rayon environ deux fois plus grand que celui de la Terre – et devraient être enveloppées d’une atmosphère épaisse.

La capacité à décrire les propriétés du système Kepler-385 de manière aussi détaillée témoigne de la qualité de ce dernier catalogue d’exoplanètes. Alors que les derniers catalogues de la mission Kepler visaient à produire des listes optimisées pour mesurer la fréquence des planètes autour d’autres étoiles, cette étude se concentre sur la production d’une liste complète qui fournit des informations précises sur chacun des systèmes, rendant ainsi possible des découvertes comme celle de Kepler-385.

Cette vidéo de planétaires montre 1 791 planètes candidates découvertes par la sonde Kepler de la NASA et transitant 709 étoiles différentes. Au début, les numéros des « objets d’intérêt » de Kepler sont affichés, afin d’aider les scientifiques dans leurs études futures. Le chiffre en bas à droite compte les jours terrestres. La plupart des planètes découvertes ont des orbites rapides et compactes – notre Système solaire est inclus pour donner un sens de l’échelle orbitale. Toutefois, grâce à quatre années de données et à une analyse par apprentissage automatique, certaines planètes candidates avec des périodes plus longues que celle de Mars ont été trouvées. D’autres planètes, qui n’ont transité qu’une seule fois dans le catalogue de données, tracent des arcs uniquement à proximité de l’instant où elles ont transité — elles pourraient avoir des orbites comme celle de Jupiter, représentée au début pour l’échelle de taille des planètes. Pour que toutes les planètes soient visibles, aucune n’est représentée si elle est inférieure à 1,5 fois le rayon de la Terre. Les étoiles centrales ne sont pas représentées ; les planètes connues mais ne transitant pas leur étoile, ainsi que les planètes en transit en orbite autour d’étoiles binaires, ne sont pas représentées. Crédit : Université de Chicago/D. Fabricky.

L’analyse de la distribution observée des durées de transit a été dirigée par Eric Ford, professeur émérite d’astronomie et d’astrophysique du Penn State University. M. Ford a expliqué que les durées de transit constituent un puissant indicateur de la distribution des exoplanètes ; les excentricités orbitales vont de circulaires – avec un paramètre d’excentricité égal à zéro – à très allongées. Pour la plupart des planètes, il n’existe pas suffisamment de données pour mesurer leur excentricité orbitale sur une base individuelle. Le groupe de recherche de M. Ford a mis au point des méthodes permettant de caractériser la distribution des excentricités pour une population de planètes en transit. Les premières tentatives de caractérisation de la forme des orbites des planètes ont été limitées par les incertitudes liées aux propriétés de leurs étoiles hôtes et par les approximations utilisées pour construire les catalogues précédents.

« Alors que les études précédentes avaient déduit que les petites planètes et les systèmes avec plus de planètes en transit ont tendance à avoir des excentricités orbitales plus petites, ces résultats reposaient sur des modèles complexes », a déclaré M. Ford, qui est a aussi un poste à l’Institut des sciences informatiques et des données au Penn State University. « Notre nouveau résultat est une démonstration plus directe et indépendante des modèles que les systèmes avec plus de planètes en transit ont des orbites plus circulaires. »

La plupart des planètes découvertes par la mission Kepler de la NASA sont plus proches de leur étoile que la Terre ne l’est du Soleil et devraient être trop chaudes pour être habitables. Seule une petite fraction des planètes découvertes par Kepler se trouve dans la « zone habitable », la région où elles pourraient abriter de l’eau liquide à leur surface, un concept introduit par le professeur émérite du Penn State University, James Kastings. Néanmoins, les super-Terres chaudes fournissent des indices intéressants sur le climat des planètes situées dans la zone habitable.