Une jeune exoplanète découverte dans son berceau

On vient de découvrir la plus jeune planète extrasolaire connue à ce jour. Baignant toujours dans le disque de gaz et de poussière entourant son étoile, elle fournira de précieux renseignements sur la formation des systèmes planétaires.

Douze années après la découverte de la première planète autour d’une étoile autre que le Soleil, la moisson apparaît considérable et à la mesure des moyens d’observation qui ne cessent de se perfectionner. Au 22 décembre 2007, 270 exoplanètes étaient formellement identifiées dans 232 systèmes planétaires (dont 26 systèmes planétaires multiples). Cependant, aucune planète n’avait jusqu’ici été mise en évidence autour d’une jeune étoile, une observation indispensable pour mieux comprendre leur formation.

C’est dans ce but que les astronomes du Max Planck Institute for Astronomy  (MPIA, Heidelberg, Allemagne) ont scruté 200 jeunes étoiles à la recherche d’exoplanètes. Pour cette étude, la méthode de la vitesse radiale a été choisie, car il s’agit actuellement de la technique la plus fructueuse. Lorsqu’une planète tourne autour de son étoile, cette dernière décrit elle aussi un mouvement circulaire. Ces infimes déplacements sont détectés par effet Doppler (avec une plage de sensibilité de quelques mètres par seconde !) et on en déduit des hypothèses sur l’orbite et la masse de la planète.

TW Hydrae figurait parmi les candidates. Située à 180 années-lumière de nous dans la constellation de l’Hydre femelle, cette étoile était déjà connue pour la récente découverte d’un disque d’accrétion qui l'entoure, formé de gaz et de poussière et où la formation de planètes était suspectée. L’âge estimé de l’étoile, de 8 à 10 millions d’années, corroborait cette hypothèse.

L’espoir des chercheurs s’est concrétisé lorsqu’une variation périodique de la vitesse radiale de TW Hydrae a été détectée. Celle-ci excluait toute explication par l’activité interne de l’étoile et démontrait l’existence d’une planète. L’analyse des données au spectrographe Feros équipant le télescope de 2,2 mètres appartenant à la Max Planck Society et à l’Eso, installé à La Silla (Chili) a ensuite permis d’en affiner les caractéristiques. TW Hydrae b, telle est sa dénomination, se révèle être un poids lourd : dix fois plus massive que Jupiter, elle tourne autour de son étoile en 3,56 jours à une distance de seulement 6 millions de kilomètres, soit 4 % de celle séparant la Terre du Soleil.

Ce diagramme montre les variations de vitesse radiale de TW Hydrae observées durant l’année 2007. La période d’oscillation de 3,6 jours est provoquée par la présence d’une planète géante tournant autour de l’étoile. Crédit : Max Planck Institute for Astronomy

Attention aux taches

Dans le cas de TW Hydrae b, la détermination exacte de ses paramètres soulevait certains problèmes particuliers. Une très jeune étoile est beaucoup moins homogène et sa surface toujours très instable. Elle peut se recouvrir de grandes taches dont l’activité peut entraîner l’ensemble de l’astre dans des mouvements semblables à ceux provoqués par une planète en orbite. Pour éliminer ces éléments perturbateurs, les scientifiques ont dressé un tableau de tous les indicateurs d’activité de TW Hydrae et ont réussi à en extraire les variations induites par la planète. Elles sont alors apparues avec netteté, beaucoup plus longues et surtout plus régulières que les autres, comme le souligne Ralf Launhardt, du MPIA, qui coordonne plusieurs programmes de recherches d’exoplanètes autour de jeunes étoiles.

Alors que la durée moyenne de vie d’un disque circumstellaire est de à 30 millions d’années, l'observation d'une étoile de moins de 10 millions d'années fournira sans aucun doute de nouvelles contraintes pour les modèles de formation des planètes.

« C'est l'une des découvertes les plus passionnantes dans l'étude des planètes extrasolaires,  se réjouit Thomas Henning, directeur du Planet and Star Formation Department au MPIA. Pour la première fois, nous avons directement montré que les planètes se forment en effet dans les disques circumstellaires. La découverte de TW Hydrae b ouvre la voie pour lier l'évolution des disques circumstellaires aux processus de formation et de migration de planètes. »

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