"Il s'agit d'une découverte fortuite", explique Boris Gänsicke, chercheur à l'université de Warwick (Royaume-Uni), qui a dirigé l'étude publiée aujourd'hui dans la revue Nature. L'équipe a étudié environ 7 000 naines blanches observées par le Sloan Digital Sky Survey et a découvert que l'une d'entre elles était différente des autres. En analysant les variations subtiles de la lumière de l'étoile, ils ont trouvé des traces d'éléments chimiques dans des quantités que les scientifiques n'avaient jamais observées auparavant dans une naine blanche. "Nous savions que ce système devait avoir quelque chose d'exceptionnel et nous avons supposé qu'il pouvait être lié à une sorte de reste planétaire", ont-ils déclaré.
Pour en savoir plus sur les propriétés de cette étoile inhabituelle, appelée WDJ0914+1914, l'équipe l'a analysée avec l'instrument X-shooter du Very Large Telescope (VLT) de l'ESO, situé dans le désert d'Atacama au Chili. Ces observations complémentaires ont confirmé la présence d'hydrogène, d'oxygène et de soufre associés à la naine blanche. En étudiant les détails des spectres pris par l'instrument X-shooter de l'ESO, l'équipe a découvert que ces éléments se trouvaient dans un disque de gaz tourbillonnant vers la naine blanche et ne provenaient pas de l'étoile elle-même.
"Il a fallu plusieurs semaines de travail pour arriver à la conclusion que le seul moyen de produire un tel disque est l'évaporation d'une planète géante", a déclaré Matthias Schreiber, de l'université de Valparaiso au Chili, qui a calculé l'évolution passée et future de ce système. Les quantités d'hydrogène, d'oxygène et de soufre détectées sont similaires à celles que l'on trouve dans les couches atmosphériques profondes des planètes géantes glacées comme Neptune et Uranus. Si une telle planète était en orbite près d'une naine blanche chaude, le rayonnement ultraviolet extrême de l'étoile la dépouillerait de ses couches extérieures et une partie de ce gaz dépouillé tourbillonnerait en un disque, s'accréditant sur la naine blanche. C'est ce que les scientifiques pensent observer autour de WDJ0914+1914 : la première planète en évaporation en orbite autour d'une naine blanche.
En combinant des données d'observation et des modèles théoriques, l'équipe d'astronomes du Royaume-Uni, du Chili et d'Allemagne a pu définir une image plus claire de ce système unique. La naine blanche est petite et extrêmement chaude : 28 000 degrés Celsius (cinq fois la température du Soleil). En revanche, la planète est glacée et de grande taille, au moins deux fois plus grande que l'étoile. Parce qu'elle tourne autour de la naine blanche brûlante à faible distance, effectuant son orbite complète en seulement 10 jours, les photons à haute énergie de l'étoile décapent progressivement son atmosphère. La majeure partie du gaz s'échappe, mais une partie est piégée dans un disque qui tourbillonne autour de l'étoile à une vitesse de 3 000 tonnes par seconde. C'est ce disque qui rend visible la planète de type Neptune, autrement cachée.
"C'est la première fois que nous pouvons mesurer les quantités de gaz tels que l'oxygène et le soufre dans le disque, ce qui nous donne des indices sur la composition des atmosphères des exoplanètes", explique Odette Toloza, de l'université de Warwick, qui a développé un modèle pour le disque de gaz entourant la naine blanche.
"Cette découverte ouvre également une nouvelle fenêtre pour en savoir plus sur le destin ultime des systèmes planétaires", ajoute M. Gänsicke.
Les étoiles comme notre Soleil brûlent de l'hydrogène dans leur cœur pendant la majeure partie de leur vie. Une fois ce carburant épuisé, elles gonflent et deviennent des étoiles géantes rouges, des centaines de fois plus grandes, qui engloutissent les planètes voisines. Dans le cas du système solaire, il s'agit de Mercure, de Vénus et même de la Terre, qui sera consumée par le Soleil géant rouge dans environ 5 milliards d'années. Les étoiles semblables au Soleil finissent par perdre leurs couches externes, ne laissant derrière elles qu'un noyau mourant, une naine blanche. Ces vestiges stellaires peuvent encore abriter des planètes et on pense qu'il existe de nombreux systèmes stellaires de ce type dans notre galaxie. Cependant, jusqu'à présent, les scientifiques n'ont jamais trouvé de preuve de l'existence d'une planète géante autour d'une naine blanche. La détection d'une exoplanète en orbite autour de WDJ0914+1914, située à environ 1 500 années-lumière dans la constellation du Cancer, pourrait être la première d'une longue série à orbiter autour de telles étoiles.
Selon l'équipe de chercheurs, l'exoplanète découverte à l'aide de l'instrument X-shooter de l'ESO orbite autour de la naine blanche à une distance de seulement 10 millions de kilomètres, soit 15 fois le rayon solaire, ce qui indique qu'elle a dû être immergée dans les profondeurs de l'étoile géante rouge par le passé. La position inhabituelle de la planète implique qu'à un moment donné, après que l'étoile hôte est devenue une naine blanche, la planète s'est rapprochée d'elle. Les astronomes pensent que cette nouvelle orbite pourrait être le résultat d'interactions gravitationnelles avec d'autres planètes du système, ce qui signifie que plus d'une planète pourrait avoir survécu à la transition violente de son étoile hôte.
"Jusqu'à récemment, très peu d'astronomes s'arrêtaient pour réfléchir au sort des planètes en orbite autour d'étoiles mourantes. La découverte d'une planète en orbite autour d'un noyau stellaire achevé démontre clairement que l'Univers défie encore et toujours nos esprits, nous poussant à aller au-delà de nos idées établies", conclut M. Gänsicke.
Informations complémentaires
Ce travail de recherche a été présenté dans un article scientifique publié dans la revue Nature. L'équipe est composée de : Boris Gänsicke (Département de physique et Centre d'étude des exoplanètes et de l'habitabilité, Université de Warwick, Royaume-Uni) ; Matthias Schreiber (Institut de physique et d'astronomie, Millennium Nucleus for the Study of Planetary Formation, Université de Valparaíso, Chili) ; Odette Toloza (Département de physique, Université de Warwick, Royaume-Uni) ; Nicola Gentile Fusillo (Département de physique, Université de Warwick, Royaume-Uni) ; Detlev Koester (Institut de physique théorique et d'astrophysique, Université de Kiel, Allemagne) ; et Christopher Manser (Département de physique, Université de Warwick, Royaume-Uni).
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Source: Observatoire européen du sud-est
Extrait de https://www.eso.org/public/chile/news/eso1919/
Liens
Article scientifique :https://www.eso.org/public/archives/releases/sciencepapers/eso1919/eso1919a.pdf
Photos du VLT : https://www.eso.org/public/images/archive/category/paranal/
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