Fomalhaut b, une exoplanète saisie dans le visible par Hubble

La patience a payé pour un groupe d'astronomes américains. En étudiant avec le Télescope HubbleFruit d\'une collaboration sans précédent entre l\'Agence spatiale européenne et la NASA, le télescope Hubble a eu un formidable impact scientifique. Les images d\'une incomparable netteté transmises par l\'observatoire spatial ont permis d\'explorer les profondeurs de l\'espace et ont révélé des...');" onmouseout="killlink()">télescope Hubble durant plusieurs années l'ÉtoileObjet céleste de forme approximativement sphérique constitué de masses gazeuses très denses à haute température émettant un rayonnement de lumière et de particules.
Les étoiles sont des sphères gazeuses auto-gravitantes : les forces de gravitation, qui tendent à faire s\'effondrer sur elles-mêmes...');" onmouseout="killlink()">étoile Fomalhaut située à seulement 25 années-lumière de la TerreParmi les huit planètes du Système solaire, la Terre est une des quatre planètes telluriques, solides, de composition (roches silicatées et fer) et de densité moyenne voisines (entre 3,9 pour Mars et 6,1 pour Mercure), la densité moyenne de notre planète étant de 5,52.
Structure du globe...');" onmouseout="killlink()">Terre, les chercheurs ont obtenu les premières images dans le visible d'une ExoplanèteCe sont des planètes qui ne tournent pas autour du Soleil, elles tournent autour d\'une autre étoile. On parle aussi de planètes extrasolaires.
En 1995 fut découverte la première planète extrasolaire à l\'Observatoire de Haute Provence (Mayor et Queloz). En avril 2005, 155 planètes extrasolaires...');" onmouseout="killlink()">exoplanète trois fois plus massive que JupiterCinquième planète du système solaire, Jupiter a une composition proche de celle du Soleil, mais sa masse n´a pas été suffisante pour déclencher des réactions nucléaires et former une étoile. Son atmosphère d´hydrogène combiné à d´autres éléments peu abondants, donne des nuages de couleur vive...');" onmouseout="killlink()">Jupiter, Fomalhaut b.

Etoile principale d'une ConstellationDessin d\'étoiles aléatoire dans le ciel nocturne produit par des alignements d\'étoiles de différentes luminosités, et située à des distances différentes. Il y a 88 constellations - 48 étaient connues des anciens Grecs, et les 40 autres ont été ajoutées après 1600.
Ensemble de petits satellites...');" onmouseout="killlink()">constellation de l'hémisphère sud, le Poisson Austral, Fomalhaut est connue depuis la plus haute antiquité, avant de devenir l'objet de l'attention des chasseurs d'exoplanètes dès le début des années 1980. A cette époque, le satellite de la NASALa NASA (National Aeronautics and Space Administration) est l\'administration gouvernementale responsable du programme spatial des États-Unis.
Elle a été créée le 29 juillet 1958 pour concurrencer les soviétiques durant la Guerre Froide en organisant le programme spatial.
La NASA comprend 18...');" onmouseout="killlink()">Nasa, IRAS (Infrared Astronomy Satellite) détecte en infrarouge la signature d'une grande quantité de poussières, pouvant s'interpréter comme due à la présence d'un système planétaire.

Dès 2004, déjà avec Hubble, la même technique de coronographie, bien connue en physique solaire, avait montré que Fomalhaut était entourée d'un anneau de débris et de poussières laissés par un Disque protoplanétaireLe disque protoplanétaire d\'une jeune étoile est le disque de gaz et de poussière qui l\'environne, et où sont susceptibles de se former des planètes.
De récentes études tendent à prouver que des naines brunes, voire des objets célestes encore plus petits et dénommés "planemos", sont...');" onmouseout="killlink()">disque protoplanétaire, ressemblant beaucoup à la Ceinture de KuiperLa Ceinture de Kuiper est une région du Système Solaire qui s\'étend au-delà de l\'orbite de Neptune, de 40 à 50 UA, et qui contient des milliards de corps de glace. Elle a été découverte en 1992 et depuis, de l\'ordre de 1000 objets ont été catalogués. Certains d\'entre eux sont très gros - le plus...');" onmouseout="killlink()">ceinture de Kuiper de notre propre Système solaireEnsemble des astres soumis au champ de gravitation du Soleil.
Le système solaire comprend des planètes (Mercure, Vénus, la Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune par ordre d\'éloignement au Soleil) en orbite autour du Soleil et leurs satellites et anneaux, des planètes naines (Pluton,...');" onmouseout="killlink()">système solaire, riche en poussières, ComèteUne comète est un corps à peu près sphérique qui peut atteindre une dizaine de kilomètres de diamètre. Ce corps est constitué de glaces et de poussières. Son nom vient du grec coma qui signifie "queue". En effet, lorsqu\'une "boule de neige sale" s\'approche du Soleil, une partie...');" onmouseout="killlink()">comètes et Petite planèteLes petites planètes ont des diamètres de moins de 13000 km (Mercure, Vénus, la Terre et Mars par exemple).');" onmouseout="killlink()">petites planètes, désormais appelées plutoïdes.

Fomalhaut est une étoile jeune puisqu'elle ne doit être âgée que de 200 à 300 millions d'années. Toutefois, elle est de type A sur la Séquence principaleZone du diagramme de Hertzsprung-Russell où se trouvent la majorité des étoiles observables. Le Soleil est situé sur la séquence principale et il y restera encore 5 milliards d\'années avant de devenir une géante rouge et de finir sa vie sous forme de naine blanche après avoir parcouru la branche...');" onmouseout="killlink()">séquence principale et donc plus chaude que notre SoleilEtoile centrale du système solaire.
Le Soleil est l\'étoile la plus proche de la Terre, dont elle est distante d\'environ 150 millions de kilomètres. Le Soleil est situé à 8,5 kparsecs du centre de la Voie lactée. Dans la classification des étoiles, le soleil est une étoile de type G2.
La masse...');" onmouseout="killlink()">Soleil. Le taux de ses réactions nucléaires est bien plus élevé, ce qui signifie qu'elle devrait épuiser son carburant nucléaire en un milliard d'années environ. Seize fois plus brillante que notre Soleil, elle aura donc une existence dix fois plus courte.

Cliquez pour agrandir. L'étoile Fomalhaut dans la constellation du Poisson Austral. Crédit : A. Fujii, NASA, ESAL\'ESA (European Space Agency) est l\'Agence spatiale européenne. Equivalent de la NASA en Europe.
L\'Agence spatiale européenne représente pour l\'Europe une porte d\'accès à l\'espace. Sa mission consiste à façonner les activités de développement des capacités spatiales européennes et à faire en sorte...');" onmouseout="killlink()">ESA, and Z. Levay (STScI)

Etant très lumineuse, plus que le Soleil, la détection autour d'elle d'une PlanèteL\'Union Astronomique Internationale (UAI) s\'est longuement penchée sur la définition des planètes lors de sa 26ème assemblée générale qui s\'est tenue à Prague du 14 mai au 25 août 2006. Il devenait en effet urgent que la nomenclature des objets reflète l\'ensemble des corps que les performances des...');" onmouseout="killlink()">planète n'est donc pas chose aisée et c'est une performance extraordinaire que viennent d'accomplir Paul Kalas et ses collègues.

Déjà en 2005, celui-ci avait proposé que la structure bien particulière de l'anneau de poussières détecté impliquait la présence d'un Planète géanteLes planètes géantes ont un diamètre de plus de 48000 km (Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune par exemple).');" onmouseout="killlink()">planète géante, proche de celui-ci, exerçant son influence gravitationnelle. En  particulier, le centre de l'OrbiteCourbe décrite par une planète autour du Soleil, ou par un satellite autour de sa planète.');" onmouseout="killlink()">orbite de l'anneau ne coïncident pas avec celui de l'étoile, de plus les bords nets de ce dernier s'expliquaient bien là aussi, si l'on compare les effets gravitationnels confinant des satellites bergers des Anneaux de SaturneVus depuis la Terre, les anneaux de Saturne ressemblent à des cercles symétriques entourant la planète gazeuse. Mais l\'on sait que ces anneaux s\'avèrent bien plus complexes qu\'ils n\'y paraissent. Ils sont faits de glaces, de particules de poussières et de roches de toutes tailles qui n\'obéissent...');" onmouseout="killlink()">anneaux de Saturne, par la présence proche d'une planète.

Pour en avoir le cœur net, les astronomes ont occulté la lumière centrale de l'étoile avec le CoronographeLunette astronomique spécialement conçue pour étudier la couronne d\'une étoile.

Le principe de la coronographie consiste à occulter l\'étoile, avec un cache (disque métallique, cône) ayant le même diamètre apparent que l\'image de la partie centrale lumineuse de l\'astre (photosphère) fournie...');" onmouseout="killlink()">coronographe équipant Hubble afin de détecter une éventuelle exoplanète dont la luminosité pouvait être au moins un milliard de fois plus faible que celle de son étoile hôte. Ils avaient alors noté la présence de zones un peu plus brillantes autour de l'étoile qui pouvaient être des planète. De fait, en 2006, de nouvelles images montraient clairement qu'une de ces taches brillantes s'était déplacée par rapport à l'étoile.

Cliquez pour agrandir. L'image prise avec le coronographe de Hubble montre l'anneau de poussières autour de Fomallhaut. Le zoom montre une tache brillante se déplaçant de 2004 à 2006 selon une orbite autour de l'étoile . C'est Fomalhaut b. Crédit : NASA, ESA, P. Kalas, J. Graham, E. Chiang, E. Kite (University of California, Berkeley), M. Clampin (NASA Goddard Space Flight CenterLe "Goddard Space Flight Center" (GSFC) est un des nombreux centres de recherches de la NASA. Il est situé dans le Maryland (Etats-Unis).
Site internet du GSFC.');" onmouseout="killlink()">Goddard Space Flight Center), M. Fitzgerald (Lawrence Livermore National Laboratory), and K. Stapelfeldt and J. Krist (NASA Jet Propulsion LaboratoryLe "Jet Propulsion Laboratory" (JPL) basé à Pasadena aux États-Unis est un des nombreux centres de recherches de la NASA. Il est dirigé par le "California Institute of Technology" (Caltech), célèbre université américaine.
Le JPL est le principal centre américain pour...');" onmouseout="killlink()">Jet Propulsion Laboratory)

Les études et les analyses ont montré qu'il s'agissait bien d'un objet en orbite autour de Fomalhaut et qui suivait les lois de Kepler. Située à 119 Unité astronomique(symbole : UA) La distance moyenne de la Terre au Soleil. Une UA vaut 149 597 871 km. C\'est une unité souvent utilisée pour les distances dans le système solaire, ou pour l\'écartement de deux étoiles dans un système double.');" onmouseout="killlink()">unités astronomiques (UA) de son étoile, c'est-à-dire environ 10 fois la distance du Soleil à SaturneÀ l\'instar de Jupiter, Saturne constitue, avec son cortège de satellites, un système solaire en miniature, mais, surtout, offre le spectacle somptueux de ses anneaux, découverts dès 1610 par Galilée et interprétés en tant qu\'anneaux par Huygens en 1655. Saturne a été exploré à trois reprises par...');" onmouseout="killlink()">Saturne,  Fomalhaut b ne l'est que de 18 AU du bord interne de l'anneau de poussières. Après quatre mois d'analyse des données observationnelles concernant la stabilité de l'anneau de poussières, en ConjonctionPhénomène dans lequel deux ou plusieurs corps célestes ont des longitudes célestes (voir Longitudes célestes) géocentriques ou des ascensions droites égales. Conjonction d´une planète supérieure avec le Soleil: les longitudes célestes géocentriques de la planète et du Soleil sont égales....');" onmouseout="killlink()">conjonction avec des modélisations de l'influence de Fomalhaut b sur celui-ci, une estimation de la masse de l'exoplanète a été obtenue. Elle est de 3 fois celle de Jupiter mais ne peut guère la dépasser, sans quoi l'anneau serait distordu et verrait même son existence impossible.

Cliquez pour agrandir. Une vue d'artiste de Fomalhaut b. Crédit : ESA, NASA, and L. Calcada (ESOL\'ESO (European Southern Observatory) a été créé par l\'Europe en 1962 pour établir un observatoire astronomique dans l\'hémisphère sud, équipé d\'instruments puissants (télescopes comme le VLT, ALMA...), dans le but d\'améliorer la collaboration et l\'organisation en l\'astronomie.');" onmouseout="killlink()">ESO for STScI)

Remarquablement, la luminosité dans le visible de la planète est anormalement élevée, ce qui suggère l'existence autour d'elle d'un système d'anneaux constitués de glace réfléchissant la lumière, comme dans le cas de Saturne, mais d'une toute autre ampleur !

En revanche, comme une jeune planète géante, elle devrait rayonner assez fortement dans l'infrarouge (IR) puisqu'elle est encore en plein processus de contraction gravitationnelle selon le mécanisme de Kelvin-Helmholtz. Des tentatives d'observations au sol en IR sont en cours. Les renseignements sur la composition de l'AtmosphèreCouche gazeuse qui enveloppe certaines planètes. Sans notre atmosphère, nous ne pourrions vivre sur Terre. En astronomie, enveloppe gazeuse entourant un corps céleste et pouvant contenir des particules en suspension (poussières, gaz, aérosols...). Les étoiles ont toutes une atmosphère gazeuse dont...');" onmouseout="killlink()">atmosphère de cette exoplanètes que l'on en tirerait seraient précieux pour comprendre l'évolution primitive des planètes géantes du système solaire.

Cliquez pour agrandir. Une comparaison entre le système de Fomalhaut et le notre. Crédit : NASA, ESA, and A. Feild (STScI)

Comme NeptuneNeptune, huitième planète du Système solaire, gravite sur une orbite quasi circulaire à environ 4,5 milliards de kilomètres du Soleil qu\'elle met 165 ans à parcourir. Son plan équatorial est incliné de près de 30° par rapport au plan de son orbite. Bien que trois fois plus petit que Jupiter,...');" onmouseout="killlink()">Neptune et UranusDe magnitude de l\'ordre de 6, deux fois plus lointaine que Saturne dont elle est deux fois et demie plus petite, Uranus est à la limite de la détection à l\'œil nu. Un observateur expérimenté peut cependant l\'apercevoir par une nuit claire ; elle apparaît alors comme une étoile très faible. Inconnue...');" onmouseout="killlink()">Uranus, Fomalhaut b est probablement née plus proche de son soleil et a ensuite migré vers l'extérieur par le jeu des interactions gravitationnelles à N corps, donc vraisemblablement avec des plus petites planètes.

Une telle observation est très encourageante car elles nous montrent que la prochaine génération de télescopes dédiée à l'étude des exoplanètes, et qui va bientôt être opérationnelle, ne devrait pas manquer de nous donner rapidement des informations et des images extraordinaires, levant un coin du voile sur notre origine et notre place dans l'Univers.