• Les planètes flottantes

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    Les planètes flottantes

    Ces grosses planètes se baladeraient seules, sans être en orbite autour d'une étoile;, on les appelle les planètes flottantes

    Une planète errante détectée non loin de la Terre

    PLANETES FLOTTANTES

    (image - Les émanants)
     
    Cette planète flottante navigue à 100 années-lumière de la Terre. Elle a peut-être été éjectée de son système. ©ESO/L. Calçada/P. Delorme/Nick Risinger (skysurvey.org)/R. Saito/VVV Consortium

    Des astronomes ont détecté une planète flottante, naviguant sans étoile parente, à seulement 100 années-lumière de la Terre. C'est la plus proche jamais détectée.

    Dans le cadre d'un relevé systématique de naine brune — ces étoiles avortées de plus de 13 fois la masse de Jupiter —, réalisé avec le Very Large Telescope (Chili) et le télescope Canada-France-Hawaï (Hawaï), les astronomes sont tombés sur CFBDSIR2149.

    « La lumière que cet astre émet ne correspondait pas avec celle d'une naine brune classique, raconte Philippe Delorme, de l'observatoire des sciences de l'univers de Grenoble et premier auteur de la découverte. Il était beaucoup plus froid: seulement 430°C contre 650°C habituellement, ce qui nous laissait penser qu'il était peu massif. »

    4 à 7 fois plus massive que Jupiter

    Pour déterminer sa masse plus précisément, l'équipe devait connaître son âge. En effet, les planètes se refroidissant au cours du temps, un objet apparaît brillant soit parce qu'il est jeune, soit parce qu'il est massif. Dès lors, pour une luminosité donnée, plus un objet est jeune, moins il est massif.

    « Or, nous nous sommes aperçus que CFBDSIR2149 faisait très probablement (à 95%) partie du courant d'étoile AB Doradus et qu'elle affichait donc le même âge que les étoiles qui le composent (nées toutes en même temps): entre 50 et 120 millions d'années, explique le chercheur. De ce paramètre, nous avons déduit sa masse: entre 4 et 7 fois celle de Jupiter, soit beaucoup moins que la moins massive des naines brunes, nous avions bel et bien affaire à une planète. »

    Du méthane et de la vapeur d'eau dans son atmosphère

    Ce n'est pas la première fois que les astronomes mettent la main sur une planète flottante. « Mais toutes celles qui ont été détectées jusqu'à présent (en majorité, dans les amas) étaient 3 à 5 fois plus distantes que CFBDSIR2149, précise Philippe Delorme. Avec celle-ci, nous avons obtenu des données de bien meilleure qualité: nous avons par exemple réussi à identifier du méthane et de la vapeur d'eau dans son atmosphère. »

    PLANETES FLOTTANTES

    (source : area51)

    Une planète éjectée de son système ?

    À l'heure actuelle, il est impossible de savoir comment s'est formée CFBDSIR2149. « Soit elle est née par effondrement d'un grumeau de gaz, à la manière d'une étoile, soit elle s'est formée comme une planète, par accrétion de petits planétésimaux au sein d'un système, et a ensuite été éjectée de ce système », poursuit le chercheur.

    Ce dernier scénario est tout à fait plausible: des modèles montrent en effet que le phénomène d'éjection est relativement banal dans la galaxie et qu'une planète en a peut-être fait les frais dans notre propre Système solaire (voir Ciel & Espace de mars 2012).

    400 milliards de planètes flottantes dans la Voie lactée

    Des travaux basés sur la détection de planètes par microlentilles ont montré que les planètes flottantes seraient deux fois plus nombreuses que les étoiles (écouter à ce sujet notre podcast "Des exoplanètes par centaines de milliards").

    Dans notre galaxie, on compterait donc 400 milliards de planètes vagabondes. Mais rassurez-vous: aucune d'entre elle, pas même CFBDSIR2149, n'est en route pour percuter la Terre le 21 décembre 2012. Définitivement, Nibiru n'existe pas.

    (source : cieletespace)

    Un objet libre de masse planétaire (en anglais free-floating planetary-mass objects ; voir la liste des noms alternatifs) est un objet possédant la masse d'une planète mais qui n'est attaché gravitationnellement à aucune étoile ou naine brune : il flotte dans l'espace comme un objet indépendant. L'astronome Gibor Basri a proposé une définition plus large, sous le nom de planémo afin d'englober les objets de la taille d'une planète ou d'une planète naine, qu'ils soient isolés ou en orbite autour d'un astre central, mais celle-ci n'a pas été retenue pour l'instant.

    Des astronomes estiment qu'il pourrait y avoir deux fois plus de planètes flottantes de la taille de Jupiter que d'étoiles dans l'univers. 

    Nom

    De nombreux noms sont utilisés pour désigner ce type d'objets (nom anglais entre parenthèses) :

    • objet libre de masse planétaire (free-floating planetary-mass objects),
    • planète interstellaire,
    • planète noire,
    • planète libre, planète flottante (free-floating planet),
    • planète errante,
    • planète orpheline,
    • sous-naine brune (sub-brown dwarf),
    • naine brune de masse planétaire (planetary-mass brown dwarf),
    • planète vagabonde (rogue planet),
    • objet interstellaire de masse planétaire (interstellar planetary mass object),

        

    Formation et éjection

    Un premier scénario considère qu'un objet libre de masse planétaire est un résidu de la formation stellaire. Contrairement à une planète, formée dans un disque protoplanétaire autour d'une étoile ou d'une naine brune, la planète libre est un produit de la contraction et fragmentation d'un nuage moléculaire, c'est-à-dire d'une matière similaire à une étoile.

    Un autre scénario, suggéré par des simulations de formation de systèmes planétaires, est qu'à l’origine, un nombre important de protoplanètes orbitent autour de leur étoile (plusieurs dizaines). Au fil du temps, leur nombre va se réduire de par les collisions qui provoquent des fusions, mais aussi des éjections par appui gravitationnel, jusqu’à ce que les orbites des planètes rescapées se soient stabilisées.

    Ce second scénario pousse certains astronomes, à parler de « planète » à propos de ces objets, puisqu'elles ont été des planètes classiques avant d’être éjectées de leur orbite autour de leur étoile. À l’inverse, d’autres scientifiques nient ce statut car ils défendent l’idée que la définition d’une planète dépend de son état observable immédiat et non de son origine. Ils avancent aussi, pour le premier scénario décrit ici, que ces objets ne seraient donc pas des planètes mais plutôt des naines brunes.

    Une étude réalisée en 2006 et 2007 par l'équipe de Takahiro Sumi de l'université d'Osaka visait à dénombrer le nombre de planètes orphelines par le phénomène de microlentille gravitationnelle en pointant les étoiles proches de notre galaxie. Plusieurs dizaines de ces planètes (de masse comparable à Jupiter ou Saturne) ont été dénombrées. Par extrapolation, les scientifiques pensent que la Voie lactée pourrait abriter plusieurs milliards de ces planètes orphelines.

    Atmosphère

    En 1998, David J. Stevenson a publié un article intitulé « Possibilités d'existence de planètes pouvant abriter la vie dans l'espace interstellaire ». Dans ce papier, Stevenson propose que sur ces objets à la dérive dans un espace interstellaire froid pourrait se maintenir une atmosphère épaisse et permanente grâce à une chaleur radiative. Il propose que les atmosphères soient préservées du fait des radiations infrarouges émises par de grandes quantités d’hydrogène.

    Une telle atmosphère pourrait être retenue par la gravité d’un corps de la taille de la Terre. Il a été calculé que pour un objet similaire à la Terre ayant une pression atmosphérique de l’ordre d’un kilobar et réunissant des conditions particulières, l'énergie géothermique serait suffisante pour chauffer la surface à des températures au-dessus du point de fusion de l'eau.
    Ainsi, il est proposé que des corps planétaires interstellaires ayant des océans liquides puissent exister. Pour ce cas de figure, il est suggéré que les corps restent géologiquement actifs sur de longues périodes pour fournir une magnétosphère protectrice (créée par un géodynamisme et par un volcanisme sous-marin susceptibles d’être favorables à la vie). L’auteur reconnaît par ailleurs que ces corps seront difficiles à découvrir en raison de la faiblesse des émissions micro-ondes thermales émanant des couches les plus basses de l'atmosphère.

    Lunes interstellaires

    De plus, une étude de scénarios d'éjection de planètes simulée a suggéré qu'environ 5 % des planètes de masse comparable à la Terre retiendraient leurs lunes après l'éjection. Il existerait donc des lunes interstellaires. Une grande lune serait dans ce cas utile pour la préservation d’une atmosphère et de la vie grâce au chauffage dû aux forces de marée.

    Candidats

    Le premier candidat au statut d'objet libre de masse planétaire observé est Cha 110913-773444. Il a été découvert grâce au télescope spatial infrarouge Spitzer qui a permis d'identifier qu'il possède un disque « circumstellaire ». Il est observable grâce à son jeune âge (deux millions d'années) : en l'absence de réaction nucléaire en son sein, sa température provient de la contraction initiale. Le New Technology Telescope au sol a permis d'identifier un autre candidat, Oph 162225-240515, qui possède la particularité d'être binaire.

    Le 14 novembre 2012, une équipe de chercheurs franco-canadiens annonce la découverte probable d'une planète de cette catégorie, appelée CFBDSIR 2149-0403, à l'aide de l'Observatoire Canada-France-Hawaï et du VLT.

    En 2013 est confirmée la découverte de PSO J318.5-22, un objet libre de masse planétaire extrasolaire, possiblement une planète, découverte en 2010, située à 84 années-lumière de la Terre.

    Plusieurs astronomes prétendent avoir découvert d'autres objets (par exemple, S Ori 70 (en)), mais ces détections restent non confirmées. L’astronome espagnol Rafael Rebolo et son équipe affirment avoir découvert près de l’étoile Sigma d’Orion une douzaine de planètes isolées.

    Système solaire

    L’idée que les systèmes planétaires éjectent des planètes dans l’espace interstellaire implique que notre propre système a durant sa formation il y a 4,6 milliards d’années perdu quelques-unes de ses dernières. Une preuve de ces pertes réside dans l’absence d’orbite stable entre Jupiter et Neptune. Il est possible qu’une planète qui se serait formée à une distance du Soleil de l’ordre de 5 UA à 30 UA se soit fait éjecter. En tenant compte de la vitesse d’éjection observée lors de simulation numérique, les hypothétiques sœurs de la Terre doivent se situer actuellement à environ 1 500 années-lumière.

    Des planètes qui voyagent en solitaire 

    Une nouvelle population a été recensée dans la galaxie: des Jupiters-flottants! Ces grosses planètes se baladeraient seules, sans être en orbite autour d'une étoile.

    Illustration d'un corps de la masse de Jupiter flottant dans la galaxie.
    Illustration d'un corps de la masse de Jupiter flottant dans la galaxie. NASA

    Ranger les astres de la galaxie devient de plus en plus complexe. Une nouvelle population de «planètes», flottant librement hors de l’influence de toute étoile, a été découverte par deux équipes internationales d’astronomes. Il s’agit de corps de la taille de Jupiter, en moyenne, situés entre 10.000 et 20.000 années lumière de la Terre, qui n’appartiendraient à aucun système stellaire. Ces solitaires seraient en orbite autour du centre de notre galaxie plutôt qu’autour d’une étoile.

    Les chercheurs ont identifié une dizaine de ces planètes flottantes dans la portion du ciel étudiée, mais ils estiment qu’elles pourraient être deux fois plus nombreuses que les étoiles de la même catégorie que le Soleil.

    Naines brunes ou planètes?

    Quelques astres isolés avaient déjà été identifiés : il s’agissait de naines brunes, dont la formation est comparable à celle des étoiles mais qui ne parviennent pas à s’allumer, faute d’une taille suffisante. Ces nouveaux objets, d’une masse comparable à celle d’une planète géante, appartiennent-ils à cette catégorie ? C’est une possibilité. Cependant le nombre important de ces vagabonds suggère une autre origine. D’après Takahiro Sumi et ses collègues, qui publient leurs travaux aujourd’hui dans la revue Nature, il s’agirait de planètes éjectées de leur système stellaire en formation.

    Ces planètes errantes ont été découvertes grâce à la technique de microlentille gravitationnelle, un effet loupe provoqué par le passage d’un astre sur le trajet de la lumière émise par une étoile située dans l’arrière plan. Cela provoque un pic de luminosité de cette étoile dont la durée et l’intensité sont liées à la taille de l’astre qui fait loupe. 50 millions d’étoiles de la Voie lactée ont ainsi été surveillées pendant deux ans dans le cadre du projet MOA (Microlensing Observations in Astrophysics, collaboration entre le Japon et la Nouvelle-Zélande).

    Les résultats obtenus ont ensuite été comparés à ceux qu’un autre projet, OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment, Université de Varsovie), a glané de son côté. Cela a permis d’écarter les données parasites, le bruit de fond, et de confirmer que les événements enregistrés par les lentilles gravitationnelles correspondaient bien à la présence d’astres.

    Vraiment libres?

    Sont-ils vraiment libres de tout attachement gravitationnel ? Les chercheurs expliquent que, d’après leurs données, ces Jupiters-flottants seraient éloignés de leur étoile d’une distance équivalente à 10 unités astronomiques (10 fois la distance Terre-Soleil). Cela ne coïncide pas avec ce que l’on sait -grâce à l’épais catalogue d’exoplanètes- des distances séparant ces planètes géantes de leur étoile. Les astronomes penchent donc pour l’hypothèse d’astres solitaires.

    Pour l’instant, les moyens utilisés ne permettent pas de détecter des objets plus petits que Jupiter. Cependant les astronomes supposent que des planètes de la taille de la Terre sont éjectées de leur système. Les planètes flottantes seraient donc très nombreuses.


    Cette vidéo illustre le principe de lentille gravitationnelle utilisé: après un zoom sur la région centrale de la Voie lactée, où ont été découverts les Jupiters flottants, on voit le pic de luminosité d’une étoile. La seconde partie montre en détail la façon dont l’effet loupe multiplie les images de l’étoile.( NASA/JPL-Caltech)

    Si l’existence de cette population d’astres libres est confirmée, il faudra lui trouver un nom de baptême plus approprié. S’agit-il encore de planètes ? Dans le système solaire, le premier critère définissant une planète est le fait d’être en orbite autour du Soleil (1). Un astre n’ayant aucun lien avec une étoile mériterait donc une autre appellation…

    Cécile Dumas
    Sciences et Avenir.fr 

    (source : sciencesetavenir)

    (1) définition établie en 2006 par l'Union astronomique internationale, qui exclut Pluton: Planète: "un corps céleste qui est en orbite autour du soleil, a une masse suffisante pour que sa gravité propre supporte les forces d'un corps rigide (...) ce qui lui confère une forme presque ronde, et dispose d'un espace dégagé autour de son orbite." 

      

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