mardi 21 août 2018

La masse de l'exoplanète de beta Pictoris déterminée par des mesures astrométriques


La masse de la jeune exoplanète découverte en 2008 autour de beta Pictoris vient d'être mesurée assez précisément grâce à l'observation minutieuses des mouvements de beta Pictoris par le télescope Gaia et son lointain prédécesseur Hipparcos.



Ignas Snellen et Anthony Brown (Université de Leiden) ont eu l'idée d'exploiter des mesures astrométriques (des mesures de position) de l'étoile beta Pictoris pour en déduire la masse de son exoplanète découverte il y a dix ans. L'étoile et sa planète ont environ le même âge, elles sont très jeunes, avec vingt millions d'années seulement. Beta Pictoris, qui est située à 19,44 pc (63,4 a.l), s'est rendue célèbre par son vaste disque protoplanétaire d'une part, et d'autre part par l'observation directe d'une de ces planètes, beta Pic b. Cette dernière est une planète géante du type de Jupiter. Mais l'étude de cette planète est rendue difficile par les méthodes classiques du fait de la haute température de l'étoile, de ses variations importantes de luminosité et de la présence du disque de poussières. Par exemple, la mesure des variations de la vitesse radiale de beta Pic (sa vitesse le long de la ligne de visée) est très délicate. La mesure de vitesse radiale et ses variations périodiques sont communément utilisées pour estimer la masse des exoplanètes qui modifient légèrement le mouvement de leur étoile. 

Snellen et Brown se sont donc tournés vers des mesures de positions sur le très long terme afin de déceler des variations périodiques pouvant signer les caractéristiques de la planète. Rien de tel que les mesures astrométriques que Gaia a offert à la communauté astronomique au printemps dernier. Les astronomes ont pu, avec ces données, tracer l'évolution des différentes contributions du mouvement de beta Pic : son mouvement propre (induit par sa rotation dans la galaxie), sa parallaxe (induit par le mouvement de la Terre autour du Soleil), et enfin son mouvement d'oscillation résiduel qui n'est rien d'autre que l'effet produit par la planète et qui correspond aux variations de vitesse radiale mais vues dans un autre plan.


Les astronomes calculent quelle devrait être la trajectoire observée si il n'y avait pas de planète puis comparent avec la trajectoire et peuvent alors en déduire la masse de la planète. Mais pour en arriver là, les chercheurs ont besoin de suivre la trajectoire de l'étoile sur une très longue période, typiquement plusieurs années. Durant les 22 mois de données de Gaia, beta Pictoris a été mesurée trente fois. C'était bien mais pas encore suffisant pour Snellen et Brown qui publient aujourd'hui leur travail dans Nature Astronomy.
Les astronomes se sont alors plongés dans les archives du télescope Hipparcos qui avait fait le même type de mesures que Gaia au début des années 1990 : Entre 1990 et 1993, le télescope européen avait mesuré beta Pictoris 111 fois, fournissant des données de position inestimables pour les combiner avec les positions données par Gaia.
Selon Snellen et Brown, la masse de la planète beta Pic b est donc de 11 ± 2  fois la masse de Jupiter. Elle est non seulement très jeune, mais aussi très massive.
C'est la première fois que la masse d'une très jeune planète est déterminée grâce à des mesures astrométriques, et l'apport de mesures plus anciennes de 25 ans combinées avec des mesures récentes a été déterminant. 
Bien sûr, ce n'est que le début d'une longue séquence d'études d'exoplanètes par les mesures astrométriques de Gaia. Les spécialistes estiment que les données du télescope européen pourront permettre d'estimer la masse de plusieurs centaines de très jeunes exoplanètes et ainsi perfectionner notre compréhension de leur formation.  


Source

The mass of the young planet Beta Pictoris b through the astrometric motion of its host star
Ignas Snellen and Anthony Brown
Nature Astronomy (20 August 2018)


Illustrations

1) Le système de beta Pictoris imagé par le Very Large Telescope de l'ESO (ESO/A-M. Lagrange et al.)

2) Vue d'artiste du télescope Gaia (ESA)