Des corps planétaires observés pour la première fois dans la zone habitable d’une étoile morte

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Selon une nouvelle étude menée par des chercheurs de l’UCL, un anneau de débris planétaires parsemé de structures de la taille d’une lune a été observé en orbite près d’une étoile naine blanche, faisant allusion à une planète proche dans la “zone habitable” où l’eau et la vie pourraient exister. Les naines blanches sont des braises incandescentes d’étoiles qui ont brûlé tout leur carburant hydrogène. Presque toutes les étoiles, y compris le Soleil, finiront par devenir des naines blanches, mais on sait très peu de choses sur leurs systèmes planétaires. Dans l’étude, publiée dans Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, une équipe internationale de chercheurs a mesuré la lumière d’une naine blanche dans la Voie lactée connue sous le nom de WD1054-226, en utilisant des données de télescopes terrestres et spatiaux.

Vue d’artiste de l’étoile naine blanche WD1054–226 en orbite autour de nuages ​​de débris planétaires et d’une planète majeure dans la zone habitable. © Mark A. Garlick / markgarlick.com.

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À leur grande surprise, ils ont trouvé des creux prononcés dans la lumière correspondant à 65 nuages ​​​​de débris planétaires régulièrement espacés en orbite autour de l’étoile toutes les 25 heures. Les chercheurs ont conclu que la régularité précise des structures en transit – atténuant la lumière de l’étoile toutes les 23 minutes – suggère qu’elles sont maintenues dans un arrangement aussi précis par une planète proche. L’auteur principal, le professeur Jay Farihi (UCL Physics & Astronomy) a déclaré : “C’est la première fois que des astronomes détectent un corps planétaire dans la zone habitable d’une naine blanche. Les structures de la taille d’une lune que nous avons observées sont irrégulières et poussiéreuses (par exemple, semblables à des comètes) plutôt que des corps solides et sphériques. Leur régularité absolue, un passage devant l’étoile toutes les 23 minutes, est un mystère que nous ne pouvons actuellement pas expliquer”.

Une possibilité passionnante est que ces corps soient maintenus dans un schéma orbital aussi espacé à cause de l’influence gravitationnelle d’une planète proche. Sans cette influence, les frottements et les collisions entraîneraient la dispersion des structures, perdant la régularité précise observée. Un précédent pour ce «berger» est la façon dont l’attraction gravitationnelle des lunes autour de Neptune et de Saturne aide à créer des structures annulaires stables en orbite autour de ces planètes. “La possibilité d’une planète dans la zone habitable est passionnante et aussi inattendue ; nous ne cherchions pas cela. Cependant, il est important de garder à l’esprit que davantage de preuves sont nécessaires pour confirmer la présence d’une planète. Nous ne pouvons pas observer la planète directement, donc la confirmation peut venir en comparant des modèles informatiques avec d’autres observations de l’étoile et des débris en orbite. On s’attend à ce que cette orbite autour de la naine blanche ait été dégagée pendant la phase d’étoile géante de sa vie, et donc toute planète pouvant potentiellement héberger de l’eau et donc de la vie serait un développement récent. La zone serait habitable pendant au moins deux milliards d’années, dont au moins un milliard d’années dans le futur.

Plus de 95% de toutes les étoiles finiront par devenir des naines blanches. Les exceptions sont les plus grandes étoiles qui explosent et deviennent soit des trous noirs, soit des étoiles à neutrons. Le professeur Farihi a ajouté : “Puisque notre Soleil deviendra une naine blanche dans quelques milliards d’années, notre étude donne un aperçu de l’avenir de notre propre système solaire”. Lorsque les étoiles commencent à manquer d’hydrogène, elles se dilatent et se refroidissent, devenant des géantes rouges. Le Soleil entrera dans cette phase dans quatre à cinq milliards d’années, avalant Mercure, Vénus et peut-être la Terre. Une fois que le matériau extérieur a été doucement soufflé et que l’hydrogène est épuisé, le noyau chaud de l’étoile reste, se refroidissant lentement pendant des milliards d’années – c’est la phase naine blanche de l’étoile. Les planètes en orbite autour de naines blanches sont difficiles à détecter pour les astronomes car les étoiles sont beaucoup plus faibles que les étoiles de la séquence principale (comme le Soleil). Jusqu’à présent, les astronomes n’ont trouvé que des preuves provisoires d’une géante gazeuse (comme Jupiter) en orbite autour d’une naine blanche.

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Pour la nouvelle étude, les chercheurs ont observé WD1054–226, une naine blanche à 117 années-lumière, enregistrant les changements de sa lumière pendant 18 nuits à l’aide de la caméra haute vitesse ULTRACAM fixée sur le télescope de nouvelle technologie (NTT) de 3,5 m de l’ESO au La Observatoire de Silla au Chili. Afin de mieux interpréter les changements de lumière, les chercheurs ont également examiné les données du satellite d’étude des exoplanètes en transit (TESS) de la NASA, ce qui a permis aux chercheurs de confirmer que les structures planétaires avaient une orbite de 25 heures. Ils ont découvert que la lumière de WD1054–226 était toujours quelque peu obscurcie par d’énormes nuages ​​​​de matière en orbite passant devant elle, suggérant un anneau de débris planétaires en orbite autour de l’étoile. La zone habitable, parfois appelée la zone Goldilocks, est la zone où la température permettrait théoriquement à l’eau liquide d’exister à la surface d’une planète. Par rapport à une étoile comme le Soleil, la zone habitable d’une naine blanche sera plus petite et plus proche de l’étoile car les naines blanches dégagent moins de lumière et donc de chaleur.

Les structures observées dans l’orbite d’étude dans une zone qui aurait été enveloppée par l’étoile alors qu’elle était une géante rouge, sont donc susceptibles de s’être formées ou d’être arrivées relativement récemment, plutôt que d’avoir survécu à la naissance de l’étoile et de son système planétaire. L’étude a reçu un financement du Science and Technology Facilities Council (STFC) du Royaume-Uni et a impliqué une équipe de chercheurs de six pays, dont l’Université de Boston, l’Université de Warwick, l’Université de Lund, l’Université de Cambridge, l’Université de St Andrews, l’Université Wesleyan , l’Université de La Laguna, l’Université Naresuan, l’Université de Sheffield et l’Instituto de Astrofísica de Canarias.

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