Des milliards de planètes sans étoiles hantent les berceaux de nuages ​​sombres

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Une collaboration internationale incluant le CEA-Irfu a découvert le plus grand groupe de planètes «errantes» à ce jour, grâce notamment à une «méga-caméra» très sensible, construite par le CEA et mise en service depuis 2003 sur le Télescope Canada-France-Hawaï.


Une planète errante n’est pas liée gravitationnellement à une étoile et se déplace donc librement. Elle n’est pas non plus éclairée comme une planète classique par son étoile et son image est donc beaucoup plus difficile à former. Cependant, pendant quelques millions d’années après sa formation, elle est juste assez brillante pour être détectable par les télescopes les plus sensibles. Jusqu’à présent, seul un tout petit nombre de telles planètes avait pu être identifié. Une équipe scientifique internationale vient de découvrir pas moins de 70 nouvelles planètes errantes dans notre galaxie, à seulement quelques centaines d’années-lumière de nous. Leurs masses sont comparables à celle de Jupiter et elles sont situées dans une région de formation d’étoiles (d’une taille de 80 années-lumière), dans les constellations du Scorpion supérieur et du Serpentaire.

Il existerait des milliards de planètes vagabondes, sans étoiles, dans  notre galaxieVue d’artiste de l’effet de microlentille gravitationnelle suite au passage d’une planète vagabonde devant une étoile. © Jan Skowron / Astronomical Observatory, University of Warsaw – Licence : DR

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Comment ce défi a-t-il pu être relevé ? Les chercheurs ont exploité des données acquises pendant une vingtaine d’années par plusieurs télescopes terrestres et spatiaux (notamment le satellite Gaia de l’Agence spatiale européenne). Ils ont relevé les mouvements infimes, les nuances de couleurs et la luminosité de dizaines de millions de sources dans une vaste région du ciel. Grâce à cette approche méthodique et minutieuse brassant des centaines d’heures d’observation et des dizaines de téraoctets de données, ils ont pu identifier de manière sûre des objets cosmiques très discrets, les planètes errantes.

Ils ont en particulier utilisé les données du Canada-France-Hawaii Telescope (CFHT) équipé de MegaCam, une caméra panoramique d’une très grande sensibilité, conçue et construite par l’Irfu. « Son large champ de vision, sa sensibilité dans le proche infrarouge et sa haute résolution ont été une des clés de notre succès, explique Jean-Charles Cuillandre, chercheur à l’Irfu. Un succès que nous n’aurions pas du tout imaginé au moment de sa conception qui était, à l’époque, centrée sur l’étude de l’Univers lointain ! »

L’étude suggère qu’il pourrait y avoir plusieurs milliards de ces planètes géantes «flottant» librement dans la Voie lactée, sans étoile hôte. Les astronomes espèrent trouver des indices sur l’origine de ces objets mystérieux. Certains imaginent l’effondrement d’un nuage de gaz trop petit pour former d’une étoile et d’autres, une éjection de matière hors de leur système parent, sans que la question puisse être tranchée. Le James Webb Space Telescope offrira de nouvelles possibilités d’observation dans l’infrarouge de planètes de faible éclat, mais qui présentent l’avantage de ne pas être noyées dans la lumière d’une étoile. « Ce sont d’excellentes cibles pour l’instrument Miri du Webb auquel nous avons fortement contribué, s’enthousiasme Pierre-Olivier Lagage, chercheur à l’Irfu. Nous allons pouvoir caractériser leur atmosphère dans un domaine de longueur d’onde complètement inexploré et peut-être en découvrir d’autres, plus froides”.

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Ces travaux ont bénéficié d’un soutien européen de l’ERC (European Research Council) et du Programme français «Investissements d’avenir».

Voir la publication

Miret-Roig, N., Bouy, H., Raymond, S.N. et al. A rich population of free-floating planets in the Upper Scorpius young stellar association. Nat Astron (2021). DOI: 10.1038/s41550-021-01513-x

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