Comment fait-on la différence entre les exoplanètes et les étoiles de fond ?

Pour la première fois, une étoile comparable au Soleil accompagnée de deux exoplanètes géantes a été photographiée. L’image, présentée par l’Observatoire européen austral le 22 juillet 2020, représente le système planétaire de l’étoile TYC 8998-760-1, située à 300 années-lumière de nous. Ce système a pu être immortalisé grâce au VLT (Very Large Telescope) de l’ESO, un observatoire en lumière visible installé au Chili.

Les scientifiques rapportent la détection de la seconde planète, nommée TYC 8998-760-1 c : il s’agit bien du « premier système directement imagé autour d’une étoile d’environ 1 masse solaire », écrivent les chercheurs dans une publication de The Astrophysical Journal Letters accompagnant la découverte.

Le cliché obtenu montre les deux planètes. L’étoile, elle, a été en quelque sorte effacée, ce qui permet d’observer de nombreux points lumineux situés autour d’elle. Deux de ces points sont des exoplanètes, les autres sont ce qu’on nomme des étoiles de fond (les étoiles plus éloignées). Comment les astronomes s’y sont-ils pris pour faire la différence entre les deux ?

Première image d'un système multiplanétaire autour d'une étoile semblable au Soleil.

Source : ESO/Bohn et al. (photo recadrée)

Les étoiles de fond semblent « bondir »

Matthew Kenworthy, professeur associé à l’observatoire de Leyde (Pays-Bas) et co-auteur de l’étude, a expliqué sur Twitter comment il avaient procédé avec son équipe. La découverte des deux planètes a été rendue possible grâce à deux images de l’étoile, prises à un an d’intervalle. « L’étoile et les planètes se déplacent ensemble et les étoiles de fond bondissent d’avant en arrière », résume le scientifique. Ce déplacement est perceptible dans le gif qui accompagne son tweet.

L’astronome Johan Mazoyer, chargé de recherche au CNRS/Observatoire de Paris, complète ceci en ajoutant dans un autre thread sur Twitter qu’il existe deux méthodes pour faire la différence entre les planètes et les étoiles de fond. En plus de la première méthode qui consiste à attendre pour voir les mouvements des différents objets, il est aussi possible d’utiliser la spectroscopie : « Si vous avez un spectre de la lumière (une observation de la lumière à ‘différentes énergies’) vous pouvez reconnaître des spectres caractéristiques spécifiques à une planète ou une étoile », détaille-t-il.

Une image très rare

Obtenir des images comme celle de TYC 8998-760-1 et de ses planètes est rare. Jamais encore les astronomes n’avaient pu voir de façon directe au moins deux planètes en orbite autour d’une étoile de masse équivalente à celle du Soleil. Une telle observation peut permettre de mieux comprendre comment se sont formées les propres planètes de notre système solaire, car ce système est situé à un stade plus précoce de son évolution que le nôtre.

Les deux planètes qui orbitent autour de TYC 8998-760-1 sont des géantes gazeuses. Elles se trouvent à des distances de leur étoile de 160 et 320 fois celle de la distance entre la Terre et le Soleil (on parle d’unités astronomiques). Comme le souligne Johan Mazoyer, ce sont des distances impressionnantes : à titre de comparaison, Pluton ne se trouve qu’à 40 unités astronomiques du Soleil. Ceci ouvre la question de savoir comment ces planètes, de 6 et 14 fois la masse de Jupiter, ont pu se former aussi loin de l’étoile.