Des Jupiters chauds autour des bébé-étoiles ?



September 9th 2015

Détectés pour la première fois il y a 20 ans, les Jupiters chauds restent aujourd'hui des objets énigmatiques. Ces corps célestes sont des planètes géantes comme Jupiter, mais dont l'orbite est 20 fois plus resserrée que celle de la Terre autour du Soleil. En utilisant le spectropolarimètre ESPaDONS sur le Télescope Canada-France-Hawaii, la collaboration MaTYSSE(1) menée par Dr J.-F. Donati (Toulouse, CNRS) annonce la première preuve d'un Jupiter chaud autour d'une étoile de seulement 2 Millions d'années dans la pouponnière d'étoiles de la constellation du Taureau. Cette planète, encore a confirmer, a une masse de 1.4 celle de Jupiter et une orbite de 6 jours; elle est mise en évidence par l'effet gravitationnel qu'elle imprime sur son étoile(2), une fois que l'activité stellaire est modélisée. Cette découverte(3) pourrait aider les scientifiques a comprendre comment les systèmes planétaires (similaires ou non au système solaire) se forment et évoluent au cours de leur existence. Ce serait aussi la première exoplanète jamais révélée par le CFHT, un bon augure pour le programme de recherche d'exoplanetes avec le futur instrument SPIRou(4) qui commencera dans quelques années.

Formation des étoiles et des planètes au sein de la pouponnière stellaire de la constellation du Taureau, telle que révélée par le télescope APEX au Chili (credits ESO/APEX)

Dans le système solaire, les planètes rocheuses, comme la Terre et Mars, occupent les régions proches du Soleil, alors que les planètes géantes, comme Jupiter ou Saturne, restent cantonnées dans les confins. "D’où la surprise en 1995 quand Mayor & Queloz découvrent pour la première fois une planète géante très proche de son étoile" rappelle C Moutou, chercheuse au CNRS en poste au TCFH et co-auteure de cette nouvelle étude. Depuis, les astronomes ont montré que les Jupiters chauds se forment dans les régions externes du disque protoplanétaire avant de migrer vers les régions internes tout en évitant autant que possible de tomber dans l’étoile. Ce processus peut se produire dans une phase très précoce, alors que les jeunes planètes s’alimentent encore au sein du disque primordial. Ou alors bien plus tard, une fois que de nombreuses planètes ont été formées et interagissent en une chorégraphie si instable que certaines d’entre elles se retrouvent propulsées au voisinage immédiat de l’étoile centrale.

HTML5 Icon HTML5 Icon

Les taches a la surface de V830, et la planète (haut) et les lignes de champ magnetique (bas) reconstruites a partir des observations ESPaDOnS.

Une équipe internationale d’astrophysiciens menée par JF Donati vient d’obtenir des arguments en faveur du premier de ces deux scénarios. Avec ESPaDOnS, le spectropolarimètre construit par les équipes de l’IRAP / OMP pour le TCFH, ils ont observé des étoiles en formation au sein d’une pouponnière stellaire située à environ 450 années lumière de la Terre dans la constellation du Taureau. Parmi celles scrutées récemment, l’équipe vient d’en découvrir une, surnommée V830 Tau, qui montre des signatures similaires à celles causées par une planète 1.4 fois plus massive que Jupiter, mais sur une orbite 15 fois plus proche de l’étoile que la Terre ne l’est du Soleil. Cette découverte, publiée dans MNRAS, suggère que les Jupiters chauds peuvent être extrêmement jeunes et potentiellement bien plus fréquents autour des étoiles en formation qu’au voisinage d’étoiles adultes comme le Soleil.

Les étoiles jeunes abritent en effet des trésors d’information sur la manière dont les planètes se forment - mais ces trésors sont bien cachés ! « De par leur monstrueuse activité et leur champ magnétique très intense, les bébé-étoiles sont couverts de taches des centaines de fois plus grosses que celles du Soleil, ce qui engendre dans leur spectre des perturbations d’amplitude bien plus importante que celles causées par des planètes — qui deviennent du coup beaucoup plus difficiles à détecter, même dans le cas des Jupiters chauds » souligne E. Hébrard, étudiante en thèse à l’IRAP / OMP et co-auteure de cette étude. Pour aborder ce problème, l’équipe a entrepris le programme d’observation MaTYSSE dont le but est de cartographier la surface de ces étoiles et de détecter d’éventuels Jupiters chauds. « En suivant ces étoiles au cours de leur rotation et par le biais de techniques tomographiques inspirées de l’imagerie médicale, nous pouvons reconstruire la distribution des taches sombres et brillantes, ainsi que la topologie du champ magnétique, à la surface des étoiles jeunes. Grâce à cette modélisation, il devient possible de corriger les effets perturbateurs de l’activité et donc de détecter la présence d’éventuels Jupiters chauds » explique G Hussain (ESO). Dans le cas de V830 Tau, les auteurs sont parvenus à découvrir, grâce à cette nouvelle technique, un signal enfoui suggérant la présence d’une planète géante. Même si de nouvelles données sont nécessaires pour valider la détection, ce premier résultat prometteur démontre clairement que la méthode proposée peut nous fournir les clés de l’énigme de la formation des Jupiters chauds. «  SPIRou, le nouvel instrument que nos équipes construisent en ce moment pour le TCFH et dont la première lumière est prévue pour 2017, permettra de repousser encore les limites de la méthode, grâce à sa capacité à observer dans l’infrarouge — domaine dans lequel les étoiles jeunes sont beaucoup plus brillantes. Grâce à lui, nous pourrons bientôt explorer encore plus finement les mystères de la formation des étoiles et des planètes ! » conclut JF Donati.

Les observations ESPaDOnS de V830 Tau - une bébé-étoile dans la pouponniere du Taureau. Après suppression de l’effet polluant des taches, les déplacements résiduels du spectre (points rouges) suggèrent la présence d’une planète géante 1.4 fois plus massive que Jupiter et 15 fois plus proche de son étoile que la Terre ne l’est du Soleil (courbe bleue). De nouvelles données sont requises pour confirmer ce premier résultat.

Le télescope TCFH accompagné d’une vue CAO de SPIRou - le futur spectropolarimètre en construction à l’OMP / IRAP (échelles différentes — credit JC Cuillandre pour l’image du TCFH)

Additional information

- 1. MaTYSSE (Magnetic Topologies of Young Stars and the Survival of close-in giant Exoplanets) est un Large Programme conduit au TCFH depuis 2013 avec ESPaDOnS. La collaboration MaTYSSE est dirigée par J.F. Donati (IRAP, Obs Midi-Pyrénées, France) avec des scientifiques de l'IPAG (Grenoble, F), ENS (Lyon, F), CEA (Saclay, F), LAM (Marseille, F), OCA (Nice, F), UdM (Montreal, C), UFMG (Belo Horizonte, B), ASIAA (Taipei, T), NAO (Beijing, C) et de nombreux collaborateurs hors de la communauté du TCFH.

- 2. La méthode des vitesses radiales utilise la gravité exercée par la planete sur l'étoile et modulée par son mouvement orbital, et mesure le décalage spectral résultant avec l'effet Doppler. Cet effet a une amplitude de l'ordre de 100 m/s pour un Jupiter chaud comme la possible V 830 b, et est répetable a chaque période de l'orbite (ici, environ tous les 6 jours).

- 3. L'article scientifique va paraitre dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS, Oxford University Press); il est intitulé : "Magnetic activity and hot Jupiters of young Suns: the weak-line T Tauri stars V819 Tau and V830 Tau", par J.-F. Donati, E. Hebrard, G. Hussain, C. Moutou, L. Malo, K. Grankin, A. Vidotto, S. Alencar, S.G. Gregory, MM. Jardine, G. Herczeg, J. Morin, R. Fares, F. Menard, J. Bouvier, X. Delfosse, R. Doyon, M. Takami, P. Figueira, P. Petit, I. Boisse et la collaboration MaTYSSE, et il est accessible ici.

- 4. SPIRou est un spectropolarimetre infrarouge proche et un velocimetre de haute precision, optimise pour la detection d'exoplanetes semblables a la Terre et l'etude de la formation des etoiles et des planetes. SPIRou est conduit par un consortium international dirige par la France et impliquant le CFHT, le Canada, la Suisse, le Bresil, Taiwan et le Portugal. La construction de SPIRou a commence en 2015, son integration aura lieu a Toulouse en 2016, pour une premiere lumiere au CFHT prevue en 2017.

- Ce communique est aussi disponible en fichier pdf avec des illustrations complementaires.


Contacts:


Dr. Claire Moutou (CFHT, Hawaii)
moutou@cfht.hawaii.edu
1-808-885-7944
Dr. Lison Malo (CFHT, Hawaii)
malo@cfht.hawaii.edu
1-808-885-7944
Dr. Jean-Francois Donati (IRAP, Toulouse, France)
jean-francois.donati@irap.omp.eu
33-561-332-917