Découverte de la première exoplanète en dehors de la Voie lactée, notre galaxie

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Les astronomes pensent avoir repéré la première exoplanète extragalactique au-delà de notre propre galaxie. Résidant à environ 28 millions d’années-lumière près du cœur de la galaxie Whirlpool (M51), le système binaire M51-ULS-1 se compose soit d’une étoile à neutrons, soit d’un trou noir qui est en tangage avec une étoile compagnon plus standard.

Vue d’artiste de l’exoplanète LHS 1140b, qui orbite autour de son étoile dans la “zone habitable” où de l’eau liquide pourrait exister à la surface, dans le système LHS 1140, qui n’est qu’à environ 40 années-lumière de la Terre, ce qui en fait une cible possible pour étudier l’atmosphère de la planète si elle en possède une – Image d’illustrationCrédit: M. Weiss/CfA


Pour trouver la planète lointaine cachée dans ce système, les astronomes se sont appuyés sur des données de rayons X plutôt que sur des observations visuelles plus standard. “Nous essayons d’ouvrir une toute nouvelle arène pour trouver d’autres mondes en recherchant des planètes candidates aux longueurs d’onde des rayons X, une stratégie qui permet de les découvrir dans d’autres galaxies”, a déclaré la responsable de l’étude Rosanne Di Stefano du Harvard- Smithsonian Center for Astrophysics dans un communiqué de presse. La nouvelle recherche, publiée dans Nature Astronomy, a examiné trois galaxies: M51, M101 et M104. L’équipe a ciblé plus de 200 systèmes stellaires au total dans ces galaxies à l’aide de l’observatoire à rayons X Chandra et du XMM-Newton de l’Agence spatiale européenne. Dans tous ces systèmes, ils n’ont trouvé qu’une seule exoplanète.

Chasse aux exoplanètes

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Au cours des 30 années qui se sont écoulées depuis que les astronomes ont découvert les premières exoplanètes, deux méthodes de recherche ont été les plus courantes : rechercher des décalages vers le rouge et des décalages vers le bleu périodiques dans l’oscillation d’une étoile qui sont causés par les remorqueurs gravitationnels d’une exoplanète, et rechercher la baisse de la luminosité d’une étoile. lorsqu’une exoplanète passe devant elle. Ces méthodes représentent plus de 4800 exoplanètes repérées dans la Voie lactée, toutes à moins de 3000 années-lumière de la Terre.  La méthode de la vitesse radiale mesure comment une étoile vacille légèrement lorsqu’une planète en orbite autour d’elle tire doucement sur son hôte stellaire. Même si les étoiles ont une masse considérablement plus importante que les planètes qui les entourent, même un petit monde peut faire bouger son étoile un peu, laissant une empreinte dans la lumière de l’étoile.

La méthode du transit, quant à elle, profite du passage d’une planète devant son étoile. Cela atténue brièvement la lumière des étoiles d’une quantité détectable. Même si les planètes sont beaucoup plus petites que leurs étoiles, les chercheurs peuvent mesurer ces fluctuations de luminosité, petites mais reconnaissables. Bien que les méthodes de vitesse radiale et de transit soient clairement efficaces, elles ne sont utiles que pour trouver des planètes à environ 3 000 années-lumière de la Terre. C’est encore bien dans les limites de notre galaxie de la Voie lactée, qui fait environ 100 000 années-lumière de diamètre.

Ainsi, afin de trouver cette première planète extragalactique, les scientifiques ont choisi de rechercher des planètes passantes dans des binaires à rayons X. Ces systèmes contiendraient soit une naine blanche, une étoile à neutrons ou un trou noir tirant de la matière d’une étoile compagne. Lorsque ce matériau tombe sur le reste stellaire exotique, il devient surchauffé, produisant des rayons X. Contrairement aux transits optiques de la lumière – où une planète relativement petite ne bloque qu’une infime quantité de lumière stellaire – dans de tels systèmes binaires, la zone où les rayons X sont produits est suffisamment petite pour que même une planète puisse bloquer une partie importante (sinon la totalité) de la lumière à rayons X. Cela signifie que la recherche de transits de rayons X est détectable à des distances beaucoup plus grandes que les transits visuels.

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Dans le cas du système M51-ULS-1, le trou noir ou étoile à neutrons est étroitement orbité par une étoile environ 20 fois la masse du Soleil. Cela fait du système l’un des binaires à rayons X les plus brillants de M51. En examinant les données de Chandra, les chercheurs ont constaté que pendant 3 heures, les rayons X émanant généralement du système tombaient à zéro. Selon les chercheurs, cela suggère qu’une exoplanète de la taille de Saturne orbite autour de l’objet compact à environ 19,2 unités astronomiques (UA ; où 1 UA est la distance moyenne entre la Terre et le Soleil). C’est environ deux fois plus loin que Saturne du Soleil.

Bien sûr, une exoplanète n’est pas la seule explication pour laquelle le signal des rayons X a pu être perturbé. Les sources de rayons X peuvent également être masquées par, par exemple, un nuage de poussière passant devant elles. Les chercheurs ont également envisagé cette explication, mais ils ont finalement conclu que c’était moins probable qu’une exoplanète. Malheureusement, la confirmation de la détection extragalactique prendra beaucoup de temps. Avec une orbite aussi large, le candidat ne repassera pas devant la source avant 70 ans.

Passé difficile

Si M51-ULS-1 est une planète, cependant, l’objet de la taille de Saturne a une histoire plutôt tumultueuse. La présence d’une étoile à neutrons ou d’un trou noir signifie qu’autrefois, le système abritait non seulement l’étoile compagne actuelle, mais aussi une autre étoile mourante. Cette étoile condamnée aurait brûlé tout son carburant avant d’entrer en éruption en tant que supernova, baignant toutes les planètes à proximité d’un rayonnement intense.

Voir la publication

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Di Stefano, R., Berndtsson, J., Urquhart, R. et al. A possible planet candidate in an external galaxy detected through X-ray transit. Nat Astron (2021). DOI : 10.1038/s41550-021-01495-w

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