Découverte des premiers anneaux d’une exoplanète

Des astronomes de l’université de Leiden aux Pays Bas et de l’université de Rochester aux Etats-Unis, viennent de mettre en évidence la structure du premier et du plus vaste anneau entourant une exoplanète. Cette exoplanète s’appelle J1407b et orbite autour d’une petite étoile très jeune du type du soleil, nommée J1407. L’anneau de cette exoplanète, gigantesque, est bien plus grand et massif que celui de notre belle Saturne.

Vue d'artiste du système d'anneaux de J1407b, l'anneau éclipse l'étoile J1407,
permettant sa mise en évidence  (Ron Miller, University of Rochester)

Cet anneau a été découvert en 2012 par Matthew Kenworthy à l’université de Leiden, et depuis, de nouvelles observations et de nouvelles analyses des données montrent comment il est structuré. Ce système contient pas moins de 37 anneaux, chacun d’eux s’étendant sur plusieurs dizaines de millions de kilomètres. Les astronomes ont montré qu’il existait des espacements entre anneaux indiquant la présence probable de satellites, des exolunes.

C’est en traçant la courbe de luminosité de l’étoile J1407 que les astronomes ont pu déceler cette structure stupéfiante : la luminosité de l’étoile variait périodiquement d’un côté puis de l’autre de la planète, montrant la présence des différents anneaux. L’équipe d’astronome a ainsi pu constater des variations lentes sur plusieurs semaines, mais aussi des variations très rapides de l’ordre de la dizaine de minutes, révélant des structures très fines dans les anneaux. Evidemment, le système est trop éloigné pour pouvoir voir l’anneau directement, mais les courbes de luminosité permettent aux astronomes de modéliser à quoi il doit ressembler. Matthew Kenworthy ajoute à titre de comparaison : « Si on remplaçait les anneaux de Saturne par ces anneaux que nous avons découverts, ils seraient très facilement visibles à l’œil nu et seraient plus vastes que plusieurs pleines lunes… ». De fait, même si elle n’a pas pu être observée directement, on sait que J1407b est une planète géante, plus imposante que Jupiter (de 10 à 40 fois plus massive), presque une petite étoile ratée, et ses anneaux sont 200 fois plus grands que ceux de Saturne. Elle tourne autour de son étoile en 10 ans environ.

C’est en analysant les données du projet SuperWASP, un survey qui a pour objectif la détection de planètes géantes transitant devant leur étoile, que Eric Mamajek, Matthew Kenworthy et leurs collègues ont découvert ces éclipses inhabituelles en 2012 et ont dès lors pu proposer l’existence d’un disque de formation d’exolunes.

Au total, le diamètre des anneaux entourant J1407b fait 180 millions de kilomètres et contient une masse de poussières équivalente à la masse de la Terre, rien de moins… Il est si dense que la lumière de l’étoile en arrière-plan peut être obscurcie à 95%. Les astronomes sont sûrs qu’il existe au moins un intervalle clair dans la structure annulaire, laissant la place à un satellite qui aurait la masse d’environ la Terre ou Mars, avec une période orbitale d’environ deux ans. Comme un tel système semble en évolution, les astronomes estiment que ces anneaux devraient s’affiner et se raréfier voire disparaître en quelques millions d’années pour laisser place à des satellites rocheux.

Les planétologues s’accordent à penser que la présence d’anneaux autour de planètes géantes est une phase incontournable dans la formation de satellites, mais J1407b est le premier système de ce type à être observé, en dehors de notre système solaire.

Maintenant, l’équipe de Kenworthy, en plus de creuser les données de J1407b pour en savoir plus sur les propriétés physico-chimiques de ses anneaux, recherchent de nouvelles traces d’éclipses étranges dans les données de vastes catalogues pour dénicher d’autres systèmes à anneaux de ce type. Les éclipses d’anneaux semblent bien être la seule méthode possible pour observer les étapes précoces de la formation d’exolunes.

Source :

Modeling giant extrasolar ring systems in eclipse and the case of J1407b: sculpting by exomoons ?

Matthew A. Kenworthy, Eric E. Mamajek et al.

(Submitted on 22 Jan 2015)

accepté pour publication in the Astrophysical Journal.