La plupart des exoplanètes - planètes situées en dehors du Système solaire - se trouvent à grande proximité de leur étoile, bien plus proches que Mercure vis-à-vis du Soleil, à environ 50 millions de kilomètres. Elles effectuent leur orbite en seulement quelques jours ou heures et demeurent fortement impactées par les radiations stellaires, consistant en l'émission de particules chargées telles que des protons ou électrons. Ces planètes sont majoritairement détectées via la méthode des vitesses radiales ou par celle de l'observation de transits. La première est basée sur les variations de la vitesse radiale de l'étoile - c'est-à-dire celle mesurée selon la ligne de visée de l'instrument d'observation indiquant si l'astre stellaire s'éloigne ou se rapproche de la Terre. Les variations de cette vitesse sont alors dues aux forces de marées générées par une exoplanète. La méthode des transits, elle, s'appuie sur la baisse infime de la luminosité stellaire provoquée par le passage de sa voisine planétaire devant celle-ci.
Il arrive toutefois que d'autres corps planétaires résident très loin de leur étoile hôte, à des distances comparables à celle des géantes gazeuses comme Jupiter et Saturne. Une méthode comme la microlentille gravitationnelle apparaît plus adaptée pour détecter de telles planètes. Dans cette configuration en microlentille gravitationnelle, une planète est alignée avec son étoile hôte et une étoile lointaine. L'étoile hôte, par sa masse, dévie les rayons lumineux de l'étoile située en arrière-plan vers la planète. Cette dernière agit alors comme un élément perturbateur en créant un pic de lumière chez la première étoile. A ce jour, seulement 281 mondes extrasolaires ont été découverts par cette méthode d'après le Nasa Exoplanet Archive parmi les 6 317 détectés depuis 1995.
C'est le cas de Gaia23bra b, située à 40 000 années-lumière et se trouvant à près de cinq fois la distance Terre-Soleil de son étoile hôte. Dotée d'une masse de 1,63 fois celle de Jupiter, elle orbite autour d'une naine orange pesant 80% de fois notre Soleil. Son observation par le télescope TESS (Satellite de recensement des exoplanètes en transit) de la Nasa, lancé en 2018, est détaillée dans une étude publiée dans The Astrophysical Journal Letters.
Une détection inédite avec TESS
Classée comme une super Jupiter en raison de sa masse, Gaia23bra b a été détectée initialement en 2023 par le télescope Gaia via l'observation par transit. Cette détection par microlentille gravitationnelle est tout à fait inédite pour un instrument dont l'objectif est d'observer des transits planétaires. "Cette découverte indique qu'il y a probablement d'autres planètes dessinant une microlentille gravitationnelle qui se cachent dans certaines données de TESS que nous n'avions pas penser à examiner plus en détail", souligne Diana Dragomir, professeure à l'université du Nouveau Mexique à Albuquerque (Etats-Unis) et coauteure de l'étude, dans un communiqué.
Vidéo d'animation du concept de microlentille gravitationnelle. Une étoile (au centre de l'animation) passe en face d'une autre plus éloignée (cercle en pointillés sur la droite) sur la ligne de visée, les rayons lumineux de l'étoile située en arrière-plan sont déviés à cause de la déformation du tissu de l'espace-temps autour de l'étoile au premier plan. Cette dernière agit comme un miroir virtuel amplifiant la lumière de la deuxième et provoquant un léger décalage de celle-ci. Si l'étoile proche abrite un système planétaire, alors les planètes voisines peuvent se comporter comme des lentilles, chacune produisant une petite déviation dans la luminosité de l'étoile hôte. Crédits : NASA’s Goddard Space Flight Center/CI Lab.
Des résultats complémentaires
Bien que les méthodes de détection des télescopes Gaia et TESS pour étudier Gaia23bra b soient différentes, elles se complètent pour détecter des événements rarissimes que sont les microlentilles gravitationnelles. "Les observations de Gaia étaient trop peu nombreuses pour détecter la planète avec certitude,” explique Mallory Harris, chercheuse doctorale dans la même université et auteure principale du papier de recherche. “TESS se trouvait fort heureusement en train de surveiller la même région du ciel au moment de l'événement et son temps d'analyse plus long a montré d'autres caractéristiques dans la courbe de lumière de l'étoile hôte causés par la planète". La combinaison des deux méthodes de détection fournit ainsi des informations sur la planète géante comme sa taille, sa masse et sa distance orbitale.
Vers un meilleur recensement des planètes excentrées
L'avènement du futur télescope de la Nasa, le Nancy Grace Roman qui doit décoller le 30 août 2026, permettra d'étendre la recherche d'exoplanètes et d'étudier leur processus de formation. L'instrument sera notamment chargé de détecter 1 000 événements de microlentille gravitationnelle et environ 100 000 transits, en particulier dans le centre de la Voie Lactée. "L'étude par microlentille gravitationnelle de Roman aura pour avantage d'avoir un temps d'observation plus important du bulbe galactique," précise Michael Fausnaugh, professeur de physique et d'astronomie à l'université Texas Tech (Etats-Unis) et coauteur de l'étude. “La mission TESS fournit uniquement des observations rapides pour des étoiles localisées dans d'autres régions de la Galaxie. Combiner Roman et TESS ouvrira de nouvelles perspectives scientifiques sur la formation des planètes pour différentes populations stellaires. Etant donné que la technique de la microlentille gravitationnelle trouve des planètes analogues à celles du Système solaire, cela nous permettra de comprendre comment les systèmes planétaires comme le nôtre évoluent dans les autres parties de la Voie Lactée."
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