Des petites planètes en orbite autour d’étoiles naines rouges détectées par SPIRou et TESS

Pendant longtemps, seules les planètes du Système solaire étaient connues et observées : quatre planètes géantes loin du Soleil, et quatre planètes telluriques (dont la Terre) plus proches de notre étoile. S’il semblait très probable depuis plusieurs siècles que beaucoup d’autres étoiles, si ce n’est toutes, hébergeaient elles aussi des planètes, celles‐ci restaient cependant inaccessibles à nos moyens d’observation. On ne savait donc pas si ces éventuelles exoplanètes existaient réellement, étaient similaires à celles du Système solaire, ou présentaient des propriétés différentes.

La situation a changé en 1995 avec la première détection d’une exoplanète, effectuée à l’Observatoire de Haute‐Provence par les astronomes Michel Mayor et Didier Queloz, récompensés par la suite par le Prix Nobel de physique. De nouveaux instruments ont depuis été développés ; ils ont permis la détection et la caractérisation de milliers d’exoplanètes, révolutionnant nos connaissances sur les systèmes planétaires, et notamment sur leur formation et leur évolution.

Parmi ceux‐ci, en France, un consortium scientifique a développé l’instrument SPIRou installé au Télescope Canada‐France‐Hawaii, sur la Grande île d’Hawaii. Il s’agit d’un spectropolarimètre fonctionnant dans le domaine infrarouge. Les équipe de l’OSU Institut Pythéas (CNRS, AMU, IRD, INRAE) à l’Observatoire de Haute‐Provence et au Laboratoire d’Astrophysque de Marseille ont notamment fortement contribué à son développement concevant et construisant son unité de calibration, puis en allant l’installer sur place. Il s’agit d’un dispositif essentiel à l’instrument ! De plus, le Laboratoire d’Astrophysique de Marseille est impliqué scientifiquement dans la caractérisation de l’activité des étoiles afin de mieux y rechercher des planètes

SPIRou permet de rechercher des planètes autour d’étoiles moins massives, plus petites et moins chaudes que le Soleil, les naines rouges (leur température est comprise entre 2500 et 4000°, alors que le Soleil est à 5500°). Il permet également d’étudier l’activité magnétique de ces petites étoiles, qui sont les étoiles les plus nombreuses dans notre galaxie. Les équipes scientifiques utilisent notamment SPIRou pour caractériser les candidats planètes (les objets susceptibles d’être des planètes) qui ont été identifiés autour d’étoiles naines rouges par le satellite TESS de la NASA, et qui doivent être observés du sol pour établir leur nature. L’extrême stabilité de SPIRou permet en particulier de détecter les minuscules mouvements d’une étoile induits par une planète qu’elle héberge, et d’en déduire la masse d’une telle exoplanète ‐ un tour de force pour cet instrument cryogénique refroidi à la température de l’azote liquide (‐200°).

C’est dans le cadre des programmes scientifiques menés avec SPIRou qu’une équipe internationale, dans laquelle plusieurs laboratoires CNRS‐INSU sont fortement impliqués et notamment au Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, a mené une étude ayant permis la découverte et la caractérisation d’une nouvelle planète baptisée TOI‐1695b. À peine deux fois plus grosse et six fois plus massive que la Terre, elle fait le tour de son étoile naine rouge en seulement trois jours. Un peu moins grosse que Neptune (d’où sa désignation de sous‐Neptune), cette nouvelle planète a une densité légèrement inférieure à celle de la Terre, et une température plus élevée de quelques centaines de degrés. Son atmosphère contient très probablement de grandes quantités d’hydrogène, d’hélium et de vapeur d’eau. Cette découverte va notamment aider les scientifiques à mieux comprendre comment de telles planètes, absentes de notre Système solaire, peuvent devenir au cours de leur formation des planètes gazeuses pour certaines, ou des planètes rocheuses pour d’autres.

Il y a quelques semaines, la même équipe avait annoncé la découverte et la caractérisation de la super‐Terre TOI‐1452b et de la sous‐Neptune TOI‐1759b, également en orbite autour d’étoiles naines rouges. La taille de ces nouvelles planètes est comprise entre 1,7 et 3,1 fois celle de la Terre, et leurs masses entre 5 et 7 fois celle de la Terre. Il s’agit donc de planètes intermédiaires entre la Terre et Neptune, mais beaucoup plus proches de leurs étoiles hôtes. Ces découvertes confirment que de telles planètes, bien qu’inexistantes dans le Système solaire, sont très abondantes dans notre galaxie.