À seulement 33 années-lumière de la Terre, le système semble héberger deux planètes rocheuses de la taille de la Terre

Au cœur du système se trouve une petite et froide étoile naine M, nommée HD 260655, et les astronomes ont découvert qu’elle héberge au moins deux planètes terrestres de la taille de la Terre. Les mondes rocheux ne sont probablement pas habitables, car leurs orbites sont relativement étroites, exposant les planètes à des températures trop élevées pour maintenir l’eau de surface liquide.

Néanmoins, les scientifiques sont enthousiasmés par ce système car la proximité et la luminosité de son étoile leur permettront d’examiner de plus près les propriétés des planètes et les signes de toute atmosphère qu’elles pourraient contenir.

“Les deux planètes de ce système sont chacune considérées parmi les meilleures cibles pour l’étude atmosphérique en raison de la luminosité de leur étoile”, explique Michelle Kunimoto, post-doctorante à l’Institut Kavli d’astrophysique et de recherche spatiale du MIT et l’un des principaux scientifiques de la découverte. “Existe-t-il une atmosphère riche en matières volatiles autour de ces planètes ? Et y a-t-il des signes d’espèces à base d’eau ou de carbone ? Ces planètes sont des bancs d’essai fantastiques pour ces explorations.”

L’équipe présentera sa découverte aujourd’hui lors de la réunion de l’American Astronomical Society à Pasadena, en Californie. Les membres de l’équipe du MIT comprennent Katharine Hesse, George Ricker, Sara Seager, Avi Shporer, Roland Vanderspek et Joel Villasen?or, ainsi que des collaborateurs d’institutions du monde entier.

Puissance des données

Le nouveau système planétaire a été initialement identifié par le Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) de la NASA, une mission dirigée par le MIT qui est conçue pour observer les étoiles les plus proches et les plus brillantes et détecter les baisses périodiques de lumière qui pourraient signaler le passage d’une planète.

En octobre 2021, Kunimoto, membre de l’équipe scientifique TESS du MIT, surveillait les données entrantes du satellite lorsqu’elle a remarqué une paire de creux périodiques dans la lumière des étoiles, ou transits, de l’étoile HD 260655.

Elle a fait passer les détections dans le pipeline d’inspection scientifique de la mission, et les signaux ont rapidement été classés comme deux objets d’intérêt TESS, ou TOI – des objets signalés comme des planètes potentielles. Les mêmes signaux ont également été trouvés indépendamment par le Science Processing Operations Center (SPOC), le pipeline officiel de recherche de planètes TESS basé à la NASA Ames. Les scientifiques prévoient généralement de faire un suivi avec d’autres télescopes pour confirmer que les objets sont bien des planètes.

Le processus de classification et de confirmation ultérieure de nouvelles planètes peut souvent prendre plusieurs années. Pour HD 260655, ce processus a été considérablement raccourci à l’aide de données d’archives.

Peu de temps après que Kunimoto ait identifié les deux planètes potentielles autour de HD 260655, Shporer a cherché à savoir si l’étoile avait déjà été observée par d’autres télescopes. Par chance, HD 260655 a été répertoriée dans une enquête sur les étoiles prise par le spectromètre échelle à haute résolution (HIRES), un instrument qui fonctionne dans le cadre de l’observatoire Keck à Hawaï. HIRES surveillait l’étoile, ainsi qu’une foule d’autres étoiles, depuis 1998, et les chercheurs ont pu accéder aux données accessibles au public de l’enquête.

HD 260655 a également été répertorié dans le cadre d’une autre enquête indépendante par CARMENES, un instrument qui fonctionne dans le cadre de l’Observatoire de Calar Alto en Espagne. Comme ces données étaient privées, l’équipe a contacté les membres de HIRES et de CARMENES dans le but de combiner leur puissance de données.

“Ces négociations sont parfois assez délicates”, note Shporer. “Heureusement, les équipes ont accepté de travailler ensemble. Cette interaction humaine est presque aussi importante pour obtenir les données [as the actual observations].”

Traction planétaire

Au final, cet effort collaboratif a rapidement confirmé la présence de deux planètes autour de HD 260655 en environ six mois.

Pour confirmer que les signaux de TESS provenaient bien de deux planètes en orbite, les chercheurs ont examiné les données HIRES et CARMENES de l’étoile. Les deux relevés mesurent l’oscillation gravitationnelle d’une étoile, également connue sous le nom de vitesse radiale.

“Chaque planète en orbite autour d’une étoile va avoir une petite attraction gravitationnelle sur son étoile”, explique Kunimoto. “Ce que nous recherchons, c’est tout léger mouvement de cette étoile qui pourrait indiquer qu’un objet de masse planétaire tire dessus.”

À partir des deux ensembles de données d’archives, les chercheurs ont trouvé des signes statistiquement significatifs indiquant que les signaux détectés par TESS étaient bien deux planètes en orbite.

“Alors nous savions que nous avions quelque chose de très excitant”, dit Shporer.

L’équipe a ensuite examiné de plus près les données TESS pour déterminer les propriétés des deux planètes, y compris leur période orbitale et leur taille. Ils ont déterminé que la planète intérieure, surnommée HD 260655b, orbite autour de l’étoile tous les 2,8 jours et est environ 1,2 fois plus grande que la Terre. La deuxième planète extérieure, HD 260655c, orbite tous les 5,7 jours et est 1,5 fois plus grande que la Terre.

À partir des données de vitesse radiale de HIRES et CARMENES, les chercheurs ont pu calculer la masse des planètes, qui est directement liée à l’amplitude avec laquelle chaque planète tire sur son étoile. Ils ont découvert que la planète intérieure est environ deux fois plus massive que la Terre, tandis que la planète extérieure fait environ trois masses terrestres. À partir de leur taille et de leur masse, l’équipe a estimé la densité de chaque planète. La planète intérieure, plus petite, est légèrement plus dense que la Terre, tandis que la planète extérieure, plus grande, est un peu moins dense. Les deux planètes, en fonction de leur densité, sont probablement de composition terrestre ou rocheuse.

Les chercheurs estiment également, sur la base de leurs courtes orbites, que la surface de la planète intérieure est à 710 kelvins (818 degrés Fahrenheit), tandis que la planète extérieure est à environ 560 K (548 F).

“Nous considérons que cette plage en dehors de la zone habitable est trop chaude pour que de l’eau liquide existe à la surface”, explique Kunimoto.

“Mais il pourrait y avoir plus de planètes dans le système”, ajoute Shporer. “Il existe de nombreux systèmes multiplanétaires hébergeant cinq ou six planètes, en particulier autour de petites étoiles comme celle-ci. Espérons que nous en trouverons d’autres, et qu’il y en aura peut-être une dans la zone habitable. C’est une pensée optimiste.”

Cette recherche a été soutenue, en partie, par la NASA, la Max-Planck-Gesellschaft, le Consejo Superior de Investigaciones Científicas, le Ministerio de Economía y Competitividad et le Fonds européen de développement régional.