Une planète bien curieuse, si loin de son étoile…

Une équipe internationale dirigée par des chercheurs de l’Université de Montréal a découvert et photographié une nouvelle planète située à 155 années-lumière de notre Système solaire.

Une planète géante gazeuse vient s’ajouter à la courte liste des exoplanètes découvertes par imagerie directe. Elle se trouve autour de GU Psc, une étoile trois fois moins massive que le Soleil et située dans la constellation des Poissons. L’équipe de recherche internationale dirigée par Marie-Eve Naud, étudiante au doctorat au Département de physique de l’Université de Montréal, a réussi à trouver cette planète en combinant des observations provenant du télescope de l’Observatoire du Mont-Mégantic (OMM), des télescopes Gemini Nord et Sud, du Télescope Canada-France-Hawaii (TCFH), et du télescope Keck.

Marie-Eve Naud.

Une planète distante qui se laisse étudier en détail

GU Psc b est située à environ 2000 fois la distance Terre-Soleil de son étoile, un record parmi les exoplanètes. Étant donné cette distance, il faut environ 160 000 années terrestres pour que GU Psc b fasse une orbite complète autour de son étoile! Les chercheurs ont d’ailleurs profité de la grande distance qui sépare la planète de son étoile afin d’en obtenir des images. En comparant des clichés obtenus dans différentes longueurs d’onde (couleurs) à l’OMM et au TFCH, ils ont pu correctement détecter la planète.

« Les planètes sont beaucoup plus brillantes lorsqu’on les observe dans l’infrarouge plutôt qu’en lumière visible, car leur température de surface est plus basse que celles des étoiles, explique Marie-Eve Naud. C’est ce qui a permis de repérer GU Psc b. »

Savoir où regarder!

Si les chercheurs scrutaient les alentours de GU Psc, c’est parce que cette étoile venait tout juste d’être identifiée comme membre du groupe d’étoiles jeunes AB Doradus. Les étoiles jeunes (âgées de seulement 100 millions d’années) sont des cibles de premier choix pour la détection de planètes par imagerie car les planètes en orbite autour d’elles sont encore en train de se refroidir, et sont donc plus lumineuses. Cela ne veut pas dire pour autant que des planètes semblables à GU Psc b existent en grand nombre, comme le précise Étienne Artigau, codirecteur de thèse de Marie-Eve Naud et astrophysicien à l’Université de Montréal : « Nous avons observé plus de 90 étoiles et n’avons trouvé qu’une seule planète. Il s’agit donc d’une curiosité astronomique! »

La planète GU Psc b et son étoile GU Psc composée d’images dans le visible et l’infrarouge prises au télescope Gemini Sud et une image infrarouge prise au télescope CFH. La lumière infrarouge étant invisible à notre œil, les astronomes utilisent un code de couleur où l’infrarouge est représenté par la couleur rouge. GU Psc b est plus brillante en infrarouge que dans les autres filtres, c’est pourquoi elle apparaît en rouge sur cette image.

L’observation d’une planète ne permet pas de déterminer directement sa masse. Les chercheurs utilisent donc des modèles théoriques d’évolution planétaire pour établir ses caractéristiques. Le spectre de la lumière de la planète, obtenu au télescope Gemini Nord, à Hawaii, a pu être comparé à des modèles pour montrer que celle-ci aurait une température aux alentours de 800 °C. Connaissant l’âge de GU Psc par son appartenance à AB Doradus, l’équipe a pu déterminer sa masse, comprise entre 9 et 13 fois celle de Jupiter.

Les astrophysiciens ont bon espoir de détecter au cours des prochaines années des planètes semblables à GU Psc b, mais beaucoup plus près de leur étoile, grâce, entre autres, à de nouveaux instruments comme GPI (Gemini Planet Imager), récemment installé sur Gemini Sud, au Chili. La proximité de ces planètes avec leur étoile rendra toutefois leur observation beaucoup plus ardue. GU Psc b sera donc un modèle permettant de mieux comprendre ces objets.

« GU Psc b est un véritable cadeau de la nature. La grande distance qui la sépare de son étoile rend possible son étude approfondie avec une variété d’instruments, ce qui permettra de mieux comprendre les exoplanètes géantes, en général », précise René Doyon, codirecteur de thèse de Marie-Eve Naud et directeur de l’OMM.

L’équipe a entamé un projet afin d’observer plusieurs centaines d’étoiles et de détecter des planètes plus légères que GU Psc b sur des orbites comparables. La découverte de GU Psc b, un objet certes rare, permet de prendre conscience de la distance importante qui peut exister entre certaines planètes et leur étoile, ce qui laisse entrevoir la possibilité de chercher des planètes avec des caméras infrarouges performantes à partir de télescopes beaucoup plus petits, tels que celui de l’Observatoire du Mont-Mégantic. Les chercheurs espèrent aussi en savoir davantage sur l’abondance de tels objets d’ici quelques années, notamment grâce aux instruments GPI, SPIRou pour le TCFH et FGS/NIRISS pour le télescope spatial Webb.

Constellation des Poissons. (Crédit: Stellarium)

À propos de cette étude

L’article Discovery of a Wide Planetary-Mass Companion to the Young M3 Star GU Psc sera publié dans la revue The Astrophysical Journal, le 20 mai 2014. L’équipe, menée par Marie-Eve Naud, étudiante au doctorat au Département de physique de l’Université de Montréal et membre du CRAQ, était principalement constituée d’étudiants et de chercheurs de l’UdeM, notamment Étienne Artigau, Lison Malo, Loïc Albert, René Doyon, David Lafrenière, Jonathan Gagné et Anne Boucher. Des collaborateurs d’autres établissements ont aussi participé, notamment Didier Saumon, du Los Alamos National Laboratory au Nouveau-Mexique, Caroline Morley, de UC Santa Cruz en Californie, France Allard et Derek Homeier, du Centre de Recherche Astrophysique de Lyon, en France, de même que Christopher Gelino et Charles Beichman, de Caltech, en Californie. Cette étude a été possible grâce aux financements du Fonds de recherche du Québec – Nature et technologies et du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada.

Consultez l’article du Astrophysical Journal: ici.

À propos du CRAQ

Le Centre de recherche en astrophysique du Québec est un partenariat entre l’Université de Montréal, l’Université McGill et l’Université Laval. Il regroupe tous les chercheurs dans le domaine de l’astronomie et de l’astrophysique de ces trois établissements, et aussi des collaborateurs de l’Université Bishop’s, de l’Agence spatiale canadienne, du Cégep de Sherbrooke et d’entreprises privées (Photon etc., ABB Bomem, Nüvü Caméras). Le CRAQ est l’un des regroupements stratégiques financés par Le Fonds de recherche du Québec – Nature et technologies (FQRNT). Le CRAQ constitue un pôle unique au Québec de chercheurs en astrophysique, dont les expertises variées et complémentaires, axées sur l’excellence, permettent l’innovation, la créativité et la compétitivité dans plusieurs domaines scientifiques, offrant ainsi aux étudiants de cycles supérieurs un éventail important de sujets en recherche fondamentale et appliquée.