Étoiles jeunes et exoplanètes

Figure 1. β Pictoris, son disque de débris et une planète géante (gracieuseté ESO).

L’étude des exoplanètes va de pair avec celle des étoiles jeunes. En effet, au cours de leur évolution, les systèmes planétaires passent par plusieurs phases avant d’atteindre celui de notre système solaire actuel, dominé par quelques planètes rocheuses (p. ex. la Terre) et quelques planètes gazeuses (p. ex. Jupiter) sur des orbites à peu près circulaires. Lors des premières phases, une grande quantité de poussières et de gaz est présente au sein des jeunes systèmes planétaires, ce qui les rend beaucoup plus faciles à détecter que les systèmes âgés comme le nôtre (4,5 milliards d’années), avec les techniques actuelles.

Dans un système planétaire mature comme le nôtre, les planètes réfléchissent la lumière de leur étoile. Dans le cas d’un système jeune, les planètes nouvellement formées sont beaucoup plus chaudes et émettent de la lumière dans le domaine infrarouge en se refroidissant. Elles peuvent donc être détectées beaucoup plus facilement. L’étoile β Pictoris (voir Figure 1), qui possède à la fois un disque de poussières et une planète géante, constitue un bel exemple d’un système planétaire jeune.

Figure 2. Planète géante découverte autour d’une étoile de faible masse. Elles ont été découvertes par 2 doctorantes, Marie-Ève Naud et Lison Malo, dirigées par René Doyon et Étienne Artigau.

La recherche de planètes autour des étoiles jeunes, typiquement âgées de moins de 100 millions d’années, est donc nettement plus aisée qu’autour des systèmes matures comme le système solaire. Le relevé des étoiles jeunes dans le voisinage solaire est loin d’être complet, particulièrement en ce qui a trait aux étoiles de faible masse (moins de la moitié de la masse du Soleil). Deux projets de thèse menés par des étudiants de l’Institut, Lison Malo et Jonathan Gagné, visent la détection de nouvelles étoiles jeunes dans le voisinage solaire. Un article publié récemment par Lison Malo détaille la découverte de 214 étoiles jeunes dans le voisinage solaire. Dans le cadre de ses études doctorales, une autre étudiante de l’Institut, Marie-Eve Naud, mène une recherche de planètes géantes autour des étoiles de cet échantillon. Une première planète a déjà été découverte à très grande distance (2000 fois la distance Terre-Soleil) autour d’une de ces étoiles (figure 2).

Les travaux de Jonathan Gagné, sous la direction de René Doyon et David Lafrenière, ont permis de détecter plusieurs naines brunes très jeunes ainsi qu’une poignée d’objets ayant la masse de planètes (moins de 13 fois celle de Jupiter), sans être en orbite autour d’une étoile (figure 3). Une des naines brunes identifiées par Jonathan Gagné s’est même avérée être un système à la structure inédite; la naine brune est elle-même double et une planète géante tourne autour de cette étrange paire. Cette découverte, fruit d’une collaboration franco-québécoise, a fait l’objet d’une publication en 2013 (figure 4).

Artist’s impression of the free-floating planet CFBDSIR J21494

Figure 3. Vue d’artiste d’une planète sans étoile, découverte en 2012 par des chercheurs de l’Institut en collaboration avec une équipe française.

Figure 4. Une planète géante en orbite autour d’une naine brune double. Ce système, d’une configuration inédite, a été découvert par des chercheurs de l’Institut et de l’Université Joseph Fourier (Grenoble, France).

 

 

 

 

 

 

 

 

Les quelques planètes orbitant des étoiles jeunes découvertes jusqu’ici ne représentent probablement que la pointe de l’iceberg. Celles-ci ont une masse qui est plusieurs fois celle de Jupiter or, il y a de fortes raisons de penser que des planètes plus légères sont nettement plus abondantes que les planètes aussi massives. Avec la mise en service du JWST et des modes d’observation comme la spectroscopie sans fente (pour les planètes loin de leur étoile) et le masque non redondant (pour les planètes très près de leur étoile), il devrait être possible de détecter toute une classe de planètes qui ne pouvaient être trouvées jusqu’ici, et de caractériser des objets qu’il était auparavant impossible d’étudier.