Une exoplanète s’invite par surprise dans les observations du satellite Cheops

Un article daté du 28 juin rapporte l’observation imprévue d’une exoplanète massive par le satellite Cheops. L’appareil étudiait alors deux planètes orbitant autour de l’étoile Nu2 Lupi, située à 48 années-lumière.

C’est un évènement inattendu qui fait le bonheur des astronomes. Dans une étude publiée le 28 juin dans Nature Astronomy, une équipe de chercheurs, dirigée par le docteur Laetitia Delrez, détaille les observations menées par le satellite de l’ESA Cheops (pour CHaracterising ExOPlanets Satellite ou Satellite de caractérisation des exoplanètes). Ce dernier relevait des données concernant deux planètes transitant devant l’étoile Nu2 Lupi, située à 48 années-lumière dans la constellation du Loup, lorsqu’une troisième s’est invitée à la fête. Les chercheurs n’ont pas hésité à qualifier de « photobomb » (incrustation soudaine et imprévue d’un élément sur une photo) l’apparition de cet astre. Appelée Nu2 Lupi d, la troisième exoplanète du système ne devait initialement pas transiter devant son étoile. Cet évènement bienvenu a permis aux chercheurs d’étudier sa composition ainsi que ses caractéristiques physiques et chimiques.

Une planète rare, « sans équivalent »
Les trois planètes orbitant autour de Nu2 Lupi, respectivement « b », « c » et « d », ont été répertoriées en 2019 par l’instrument terrestre Harps (High Accuracy Radial velocity Planet Searcher). Le traqueur d’exoplanètes Tess a pu établir leurs paramètres orbitaux, déterminant que les deux astres transitent en passant périodiquement devant. Néanmoins, si l’existence de la planète d était connue des scientifiques, aucun astrophysicien n’avait anticipé l’apparition de celle-ci dans le champ de vision du satellite Cheops. Ce dernier étudiait alors b et c, dans l’objectif de recueillir des données permettant de déterminer leur composition notamment.

Le passage de l’exoplanète d devant Nu2 Lupi a permis aux chercheurs de sauter sur l’occasion pour étudier son atmosphère et sa composition. Chaque planète a des caractéristiques propres et gravite à une courte distance de l’étoile, avec une période de révolution de 11,6 jours pour la planète b, 27,6 jours pour c, et 107,2 pour d, la plus éloignée du système.

David Ehrenreich, professeur à l’Université de Genève travaillant sur Cheops, n’a pas hésité à qualifier le troisième monde découvert comme étant « sans équivalent » connu à ce jour. Leur proximité avec Nu2 Lupi empêche cependant ces exoplanètes d’abriter de la vie. Elles possèdent des géologies particulières, les trois entrant dans la catégorie des « superterres ». Chacune possède une masse comprise entre 4,62 et 11,29 masses terrestres. L’analyse de leur atmosphère a permis de déterminer leur composition. La planète b est principalement rocheuse, tandis que c et d sont recouvertes d’eau. Celle-ci est répandue à leur surface sous forme de glace ou de vapeur, ce qui est dû à la forte pression et l’intense chaleur provoquée par la faible distance de leur astre. Parallèlement, toutes sont enveloppées de gaz d’hydrogène et d’hélium.

Ce qui provoque l’étonnement et explique la rareté de ces planètes provient principalement d’une observation : la quantité d’eau présente sur les corps c et d correspond à près d’un quart de leur masse individuelle. Sur Terre, les 72 % de la surface recouverte par l’eau ne représente que 0,1 % de sa masse totale.

Ces données admirablement précises ont été obtenues grâce à une technique rigoureuse, nécessaire pour analyser l’atmosphère des exoplanètes : la spectroscopie de transit.

Composition des exoplanètes : une technique précise
L’étude des exoplanètes ne laisse pas de place aux imprécisions. Pour parvenir à déterminer la composition des corps orbitant autour d’étoiles telles que Nu2 Lupi, les astronomes ont couplé deux méthodes en une : la méthode du transit et la spectroscopie, appelée méthode des vitesses radiales.

La première a permis au satellite Tess de certifier l’existence des planètes b et c. En observant l’étoile, il est possible de détailler ses fluctuations de luminosité périodiques et de calculer la vitesse radiale d’un objet céleste en observant l’effet Doppler provoqué par le sujet visé dans le spectre de l’étoile. Il devient alors possible de calculer la durée de révolution d’une exoplanète et de déterminer sa masse.

Lorsque les exoplanètes b, c et d ont transité devant leur étoile, Cheops a pu recevoir les données concernant la composition de leur atmosphère grâce à la spectroscopie. Cette méthode permet d’observer la composition spectrale de la lumière émise par Nu2 Lupi traversant les couches de gaz présentes à la surface de ces planètes. Un spectrographe va décomposer les signaux reçus. Le rayonnement électromagnétique provoqué par l’étoile va traverser des substances pouvant absorber certaines longueurs d’onde. La spectrométrie va alors permettre de déterminer la structure chimique de la substance traversée, ici les différents éléments trouvables à la surface de Nu2 Lupi b, c et d.

Avec cette observation de Cheops, si les études du système de Nu2 Lupi ont connu une grande avancée, celui-ci fait encore l’objet de questionnements. Les chercheurs de l’Agence spatiale européenne ont déjà exprimé leur intention de poser à nouveau l’œil du satellite sur les trois exoplanètes.

Source : https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/cheops-exoplanete-invite-surprise-observations-satellite-cheops-92530/

Des scientifiques ont découvert un nouveau type d’explosion spatiale, 10 fois plus énergétique qu’une supernova

Jusqu’à récemment, on pensait que les fusions d’étoiles à neutrons étaient le seul moyen de produire des éléments lourds (plus lourds que le zinc). Ces fusions impliquent le mélange des restes de deux étoiles massives dans un système binaire.

Mais nous savons que les éléments lourds ont été produits pour la première fois peu de temps après le Big Bang, lorsque l’Univers était vraiment jeune. À l’époque, peu de temps s’était écoulé pour que des fusions d’étoiles à neutrons aient même eu lieu. Ainsi, une autre source était nécessaire pour expliquer la présence d’éléments lourds précoces dans la Voie lactée.

La découverte d’une ancienne étoile SMSS J2003-1142 dans le halo de la Voie lactée – qui est la région à peu près sphérique qui entoure la galaxie – fournit la première preuve d’une autre source d’éléments lourds, y compris l’uranium et peut-être l’or.

Dans la recherche publiée dans Nature, il montre que les éléments lourds détectés dans SMSS J2003-1142 ont probablement été produits, non pas par une fusion d’étoiles à neutrons, mais par l’effondrement et l’explosion d’une étoile en rotation rapide avec un champ magnétique puissant et une masse d’environ 25 fois celui du Soleil.

Cet événement d’explosion est appelé “hypernova magnéto-rotationnelle”.

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Alchimie stellaire
Il a été récemment confirmé que les fusions d’étoiles à neutrons sont en effet une source d’éléments lourds dans notre galaxie. Comme son nom l’indique, c’est lorsque deux étoiles à neutrons dans un système binaire fusionnent dans un événement énergétique appelé “kilonova”. Ce processus produit des éléments lourds.

Cependant, les modèles existants de l’évolution chimique de notre galaxie indiquent que les fusions d’étoiles à neutrons à elles seules n’auraient pas pu produire les modèles spécifiques d’éléments que nous voyons dans plusieurs étoiles ancie

Une relique de l’univers primitif
Le SMSS J2003-1142 a été observé pour la première fois en 2016 depuis l’Australie, puis à nouveau en septembre 2019 à l’aide d’un télescope de l’Observatoire européen austral au Chili.

A partir de ces observations, nous avons étudié la composition chimique de l’étoile. Notre analyse a révélé une teneur en fer environ 3 000 fois inférieure à celle du Soleil. En d’autres termes, SMSS J2003-1142 est chimiquement primitif.

Les éléments observés ont probablement été produits par une seule étoile mère, juste après le Big Bang.

Signatures d’une étoile en rotation rapide effondrée
La composition chimique de SMSS J2003-1142 peut révéler la nature et les propriétés de son étoile mère. Ses quantités inhabituellement élevées d’azote, de zinc et d’éléments lourds, dont l’europium et l’uranium, sont particulièrement importantes.

Les niveaux élevés d’azote dans SMSS J2003-1142 indiquent que l’étoile mère avait une rotation rapide, tandis que les niveaux élevés de zinc indiquent que l’énergie de l’explosion était environ dix fois celle d’une supernova « normale », ce qui signifie qu’il s’agirait d’une hypernova. De plus, de grandes quantités d’uranium auraient nécessité la présence de beaucoup de neutrons.

Les éléments lourds que nous pouvons observer dans le SMSS J2003-1142 aujourd’hui sont autant de preuves que cette étoile a été produite à la suite d’une explosion précoce d’hypernova magnétorotationnelle.

Et notre travail a donc fourni la première preuve que les événements d’hypernova magnétorotationnelle sont une source d’éléments lourds dans notre galaxie (à côté des fusions d’étoiles à neutrons).

Qu’en est-il des fusions d’étoiles à neutrons ?
Mais comment savons-nous que ce ne sont pas seulement les fusions d’étoiles à neutrons qui ont conduit aux éléments particuliers que nous trouvons dans SMSS J2003-1142 ? Il y a plusieurs raisons à cela.

Dans notre hypothèse, une seule étoile parente aurait fait tous les éléments observés dans SMSS J2003-1142. D’un autre côté, il aurait fallu beaucoup, beaucoup plus de temps pour que les mêmes éléments soient fabriqués uniquement par des fusions d’étoiles à neutrons. Mais cette époque n’aurait même pas existé si tôt dans la formation de la galaxie lorsque ces éléments ont été fabriqués.

De plus, les fusions d’étoiles à neutrons ne produisent que des éléments lourds, de sorte que des sources supplémentaires telles que la supernova régulière auraient dû se produire pour expliquer d’autres éléments lourds, tels que le calcium, observés dans SMSS J2003-1142. Ce scénario, bien que possible, est plus compliqué et donc moins probable.

Le modèle d’hypernovae magnéto-rotationnelles fournit non seulement un meilleur ajustement aux données, il peut également expliquer la composition du SMSS J2003-1142 à travers un seul événement. Il pourrait s’agir de fusions d’étoiles à neutrons, ainsi que de supernovas magnéto-rotatives, qui pourraient à l’unisson expliquer comment tous les éléments lourds de la Voie lactée ont été créés.

Source : https://www.read-more.net/science/des-scientifiques-ont-decouvert-un-nouveau-type-dexplosion-spatiale-10-fois-plus-energetique-quune-supernova/