Cette planète orbitant autour d'une étoile morte donne un aperçu du destin du système solaire

La planète sans doute la plus chanceuse de la Voie lactée évolue à environ 6 500 années-lumière de la Terre, vers le centre de notre galaxie : un vaste monde gazeux qui a failli être détruit par son étoile mourante.

Les astronomes ont repéré le système, décrit dans la revue scientifique Nature, lorsque la planète et son étoile ont distordu la lumière d'étoiles en cours d'observation. Le monde lointain en question a la taille de Jupiter et tourne autour d'un minuscule cadavre stellaire – une naine blanche et sombre de la taille de la Terre qui ressemblait autrefois beaucoup à notre soleil. Au fur et à mesure que cette étoile vieillissait, elle a évolué en géante rouge. Elle a ensuite éjecté toutes ses couches externes, formant une nébuleuse planétaire. La naine blanche est ce qui résulte de ces transformations, un objet céleste de forte densité, ultime stade d'évolution des étoiles peu massives. Ce processus aussi complexe que fascinant peut facilement détruire les planètes en orbite.

« Cette planète aurait facilement pu être détruite », explique Juliette Becker de Caltech, qui n'a pas pris part à sa détection. « Elle a très probablement échappé de peu à la destruction. »

Si la planète avait évolué un peu plus près de son étoile, elle aurait sans doute eu un destin plus dramatique, similaire à celui qui attend la Terre et son voisinage immédiat lorsque notre soleil, mourant, deviendra une géante rouge. 

« Ce système est très similaire aux prévisions que nous faisons pour l'évolution finale de notre système solaire », explique l'auteur de l'étude David Bennett du Goddard Space Flight Center de la NASA.

L'observation de ce système planétaire aide également les scientifiques à comprendre comment les planètes peuvent survivre à la mort violente de leur étoile. S'il s'avère que les planètes intactes sont communes autour des naines blanches, alors il y aurait « plus de planètes que nous ne le pensons », explique l'astronome Scott Gaudi de l'Ohio State University.

« Cela signifierait que notre comptage des planètes dans la galaxie a probablement été sous-estimé jusqu'à présent », dit-il.

UNE FIN FLAMBOYANTE

À mesure que les étoiles vieillissent, elles manquent d'hydrogène, ce qui déclenche une séquence d'événements qui peuvent être très dangereux pour toutes les planètes alentours. C'est le sort que connaîtra notre soleil dans environ cinq milliards d'années, et quand cela arrivera, la Terre sera en difficulté.

Lentement, le Soleil en manque d'hydrogène se transformera en une géante rouge. En gonflant, il engloutira et réduira en cendres Mercure puis Vénus. La Terre, si elle y échappe, sera presque certainement déchirée par la gravité grandissante du Soleil. Mars se trouve probablement assez loin pour survivre à cette première vague de destruction. Dans le système solaire externe, les quatre planètes géantes seront poussées sur des orbites plus éloignées, bien que dans certains cas particuliers, elles pourraient être complètement éjectées du système solaire ou même englouties par le soleil.

« Il y a beaucoup de choses étranges qui peuvent arriver aux planètes quand leur étoile évolue », souligne Becker. « Le processus est assez violent, en particulier pour les planètes se trouvant dans la partie interne du système. »

Environ un milliard d'années après être devenu une géante rouge, notre soleil s'effondrera en une naine blanche qui fera environ la moitié de sa masse d'origine, compressée dans une sphère de la taille de la Terre. Ce processus peut également faire des ravages sur les planètes voisines. Tous les mondes laissés pour compte se retrouveront dans un quartier cosmique très différent. Et même si les quatre planètes géantes de notre système solaire survivent à ces bouleversements, il y a de fortes chances qu'elles errent dans l'immensité pendant des milliards d'années, au hasard des rencontres avec des étoiles vagabondes.

SURVIVRE À L'ENFER

Même si les astronomes pensent que les planètes peuvent survivre à la mort chaotique de leur étoile hôte, ils n'ont pas trouvé beaucoup d'exemples de planètes ayant effectivement survécu à l'effondrement de leur soleil. Le système nouvellement décrit a été repéré pour la première fois en 2010 par des scientifiques du Microlensing Observations in Astrophysics, lorsque la planète survivante et sa naine blanche sont passées devant une étoile qu'ils étaient en train d'observer.

Cet alignement a permis à la gravité du duo d'amplifier et de déformer la lumière lointaine des étoiles observées, produisant ce que les astronomes appellent un phénomène de microlentille gravitationnelle. Jusqu'à présent, ce type de phénomènes a révélé la présence d'environ 90 mondes, dont des planètes vagabondes qui se sont éloignées de leurs étoiles d'origine et parcourent seules la galaxie.

La manière dont la planète géante et la naine blanche ont distordu la lumière des étoiles observées en arrière-plan a révélé plusieurs caractéristiques fondamentales de ce système, notamment son mouvement dans le ciel, la présence à la fois d'une étoile et d'une planète, et la grande orbite de la planète. Les observations ont également aidé les astronomes à calculer les masses relatives des deux objets. Appelé MOA-2010-BLG-477Lb, le système intrigue pour le moins les astronomes et il faudra sans doute plusieurs années pour le comprendre tout à fait.

« Il est difficile de distinguer l'étoile de premier plan de l'étoile d'arrière-plan lorsque vous êtes en présence d'un tel phénomène [de microlentille gravitationnelle], car elles se superposent », explique Bennett. « Nous devons attendre que leurs chemins se séparent. »

En 2015, Bennett et ses collègues ont utilisé le puissant télescope Keck-II au sommet du Mauna Kea à Hawaï pour partir à la recherche de l'étoile. Ils savaient quelle distance le système devait avoir parcouru en cinq ans, mais ils n'ont rien trouvé qui ressemble à l'étoile qu'ils recherchaient – ​​juste une autre étoile, se déplaçant dans la mauvaise direction.

L'équipe a répété ses observations en 2016, puis en 2018, sans succès. Ils savaient pourtant que le singulier système se trouvait là, puisque sa gravité déformait la lumière des étoiles alentours. Comme ils ne parvenaient pas à l'observer, Bennett et ses collègues sont arrivés à la conclusion que ce qu'ils cherchaient à voir était si faible que même un puissant télescope comme Keck ne pouvait permettre de l'observer.

« Nous savions que ce devait être une étoile un peu moins massive que notre soleil, nous avons donc émis l'hypothèse d'une naine blanche », explique Bennett.

Après avoir fait des calculs supplémentaires, l'équipe a conclu que le système comprenait un monde ayant une masse similaire à celle de Jupiter et une naine blanche ayant une masse environ moitié moins importante que celle de notre soleil. L'orbite de la planète la porte au moins 2,8 fois plus loin de son étoile que la Terre ne l'est du Soleil, la plaçant à peu près au même endroit que la ceinture d'astéroïdes de notre système solaire.

« Cette planète est là où nous nous attendons à ce que des planètes géantes se forment », explique Gaudi. « Et cela montre que ces analogues joviens peuvent survivre à l'évolution d'une étoile semblable au Soleil. »

D'une manière ou d'une autre, ce monde massif a évolué à bonne distance pour éviter les conséquences mortelles de la transformation de son étoile - une distance qui dépend non seulement de l'étoile mourante, mais aussi des caractéristiques de la planète et des mouvements des planètes voisines qui ont pu exister.

À LA RECHERCHE D'AUTRES PLANÈTES ORBITANT AUTOUR DE NAINES BLANCHES

Les astronomes ont déjà trouvé des preuves de planètes en orbite autour de naines blanches, mais aucune de ces détections ne ressemble tout à fait à celle de ce système. En 2019, une équipe internationale d'astronomes a repéré un anneau de débris gazeux autour d'une naine blanche et a supposé qu'un petit reste planétaire dense pouvait être incrusté dans les débris - un monde détruit comme le sera la Terre. Plusieurs autres débris ont également été identifiés : ce sont les restes déchiquetés de planètes et d'astéroïdes au destin malheureux.

L'année dernière, une autre équipe utilisant le télescope spatial TESS, outil essentiel de la NASA dans la chasse aux exoplanètes, a identifié une planète - un monde géant - en orbite autour d'une naine blanche en à peine 34 heures d'observation. Cette planète est si proche de son étoile hôte qu'elle « aurait certainement été engloutie pendant la phase de géante rouge », indique Becker. « Ce qui signifie qu'elle a dû migrer vers son emplacement actuel après que l'étoile est devenue une naine blanche. »

Toutes ces observations, en plus du système récemment découvert, suggèrent que certaines planètes peuvent survivre aux transformations évolutives de leurs étoiles hôtes, au moins pendant un certain temps. Mais les processus qui déterminent si une planète survit ou non sont encore flous.

Le télescope spatial Nancy Grace Roman de la NASA, dont le lancement est prévu au milieu des années 2020, devrait révéler de nombreuses planètes en orbite autour de naines blanches. Et à mesure que les astronomes apercevront d'autres planètes entourant ces cadavres stellaires, ils en apprendront davantage sur la façon dont l'agonie d'une étoile modifie l'architecture des systèmes planétaires, nous permettant de contempler l'avenir de notre propre système solaire.

Le système récemment découvert pourrait même voir des planètes supplémentaires encercler la naine blanche. Alors que notre propre planète ne survivra pas à la mort dramatique du Soleil - du moins pas dans un état reconnaissable - peut-être que d'autres mondes survivront, et le système solaire survivra, mais sous une autre forme.