Lorsque George Lucas, en 1977, réalisa Star Wars, épisode IV : Un nouvel espoir, la communauté scientifique ignorait qu’il existait des planètes circumbinaires comme Tatooine. La première, Kepler-16b, fut repérée en 2011 par la NASA ; l’agence elle-même la surnomma « la vraie Tatooine » dans ses communiqués de presse.
Même si nous en avons découvert plusieurs depuis, elles ne représentent qu’une fraction infime de notre catalogue, qui comporte 6 000 exoplanètes confirmées. Elles sont très rares et difficiles à détecter, mais il est très probable que nos outils n’étaient pas adaptés pour les traquer. Une équipe de l’Université de Nouvelle-Galles du Sud (UNSW), en en découvrant 27, vient de démontrer que les chasseurs d’exoplanètes auraient tout intérêt à s’intéresser à leur nouvelle méthodologie. Le 4 mai, ils y ont consacré un article, publié dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical qui pourrait bien forcer les astrophysiciens à admettre qu’un biais de détection a faussé leurs travaux.
Les planètes Tatooine-like : moins rares qu’on ne le croyait
Le principal outil que nous utilisons aujourd’hui pour détecter les exoplanètes est la méthode des transits. Lorsqu’une planète passe devant son étoile au cours de son orbite, elle provoque une légère baisse de luminosité, détectable depuis la Terre. Mais cette méthode a un point faible : il faut que la planète passe exactement entre nous et son étoile. Si son orbite est inclinée, même légèrement, elle ne s’interpose jamais dans notre ligne de visée, et nous ne détectons rien.
Pour Margo Thornton, autrice principale de cette étude et astronome à l’UNSW, cette technique nous a certainement fait rater de nombreuses planètes. « La plupart de nos connaissances actuelles sur les planètes sont biaisées par la façon dont nous les avons cherchées », explique la spécialiste. « Nous avons surtout trouvé les plus faciles à détecter », poursuit-elle.
Son équipe a donc utilisé une autre technique, plutôt utilisée dans la détection des systèmes binaires : la précession apsidiale. Dans un système à deux étoiles, donc liées gravitationnellement, chacune gravite autour de leur centre de masse commun. Ce faisant, elles passent régulièrement l’une devant l’autre depuis notre point d’observation. Ces éclipses se répètent à intervalles réguliers, mais certains systèmes présentent de légères irrégularités.
Une partie de ces écarts s’explique par la relativité générale, qui prédit que deux masses en orbite rapprochée déforment légèrement l’espace-temps autour d’elles, ce qui influe sur leurs trajectoires et peut décaler leurs éclipses. Pour chaque système binaire, cet effet est calculable à l’avance. Les chercheurs s’en servent comme étalon : ils comparent les irrégularités prédites aux irrégularités mesurées. Quand les deux valeurs divergent et lorsque les éclipses se décalent plus que ce que la relativité générale et les forces gravitationnelles internes au système permettent d’expliquer, selon l’équipe de Thornton, c’est qu’il y a un troisième facteur à prendre en compte.
Quel est ce facteur ? Une planète en orbite autour des deux étoiles, indétectable par transit. En gravitant autour du système, elle exerce une attraction sur chacune d’elles, les déviant périodiquement de leur trajectoire nominale. De légères déviations, suffisantes pour modifier le moment précis où les deux étoiles s’alignent depuis la Terre, produisant un décalage temporel dans les éclipses. « Cette nouvelle méthode pourrait nous aider à mettre au jour une large population de planètes cachées, notamment celles dont l’orbite ne s’aligne pas parfaitement avec notre ligne de visée », explique Thornton. « Elle pourrait nous révéler à quoi ressemble la vraie population de planètes dans notre univers », affirme-t-elle.
C’est en utilisant cette technique qu’ils ont découvert les 27 nouvelles planètes circumbinaires candidates, dont les masses varient entre celle de Neptune pour la plus petite et près de dix fois celle de Jupiter pour la plus costaude. Elles sont toutes très lointaines : 650 années-lumière pour la plus proche, 18 000 pour la plus éloignée.
Même s’il était convaincu de la pertinence de cette nouvelle méthode de détection, Ben Montet, co-auteur de l’étude reconnaît : « Je ne m’attendais pas à en trouver 27 dès maintenant ». On les appelle candidates, car la précession apsidiale n’est pas une preuve absolue ; elle détecte une perturbation gravitationnelle inexpliquée par les forces connues d’un système donné, dont une planète est l’hypothèse la plus probable. « Maintenant, nous pouvons commencer le vrai travail : déterminer lesquelles sont de vraies planètes », conclut Montet. Un travail qui s’annonce très chronophage, mais statistiquement encourageant : 27 candidates détectées sur un échantillon restreint, c’est un ratio plus que convenable. Si seulement la moitié se confirmaient être des réelles planètes, cette étude unique aurait détecté plus de planètes circumbinaires que les 18 confirmées en 14 ans via la méthode des transits.
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