Crédit d'image: NASA
Une équipe d'astronomes a pesé un groupe de planètes en orbite autour d'un pulsar en mesurant précisément leurs orbites. Ce qui est inhabituel, c'est que l'espacement entre les planètes correspond presque exactement à l'espacement de Mercure, Vénus et la Terre - ce qui rend ce système bizarre le plus similaire à notre propre système solaire découvert jusqu'à présent. Le pulsar, 1257 + 12, a été découvert il y a 13 ans à l'aide du radiotélescope Arecibo.
Selon une équipe d'astronomes du California Institute of Technology et de la Pennsylvania State University, les planètes en orbite autour d'un pulsar ont été «pesées» pour la première fois en mesurant précisément les variations du temps qu'il leur faut pour terminer une orbite.
Lors de la réunion d'été de l'American Astronomical Society, le chercheur postdoctoral de Caltech Maciej Konacki et le professeur d'astronomie de Penn State Alex Wolszczan ont annoncé aujourd'hui que des masses de deux des trois planètes connues en orbite autour d'un pulsar à rotation rapide à 1500 années-lumière de la constellation de la Vierge ont été mesuré avec succès. Les planètes représentent 4,3 et 3,0 fois la masse de la Terre, avec une erreur de 5%.
Les deux planètes mesurées sont presque dans le même plan orbital. Si la troisième planète est coplanaire avec les deux autres, c'est environ le double de la masse de la lune. Ces résultats fournissent des preuves convaincantes que les planètes doivent avoir évolué à partir d'un disque de matière entourant le pulsar, d'une manière similaire à celle envisagée pour les planètes autour d'étoiles semblables au soleil, selon les chercheurs.
Les trois planètes pulsar, avec leurs orbites espacées dans une proportion presque exacte des espacements entre Mercure, Vénus et la Terre, constituent un système planétaire qui est étonnamment similaire en apparence au système solaire intérieur. Ils sont clairement les précurseurs de toutes les planètes semblables à la Terre qui pourraient être découvertes autour des étoiles proches du soleil par les futurs interféromètres spatiaux tels que la mission d'interférométrie spatiale ou le Finder de planète terrestre.
"Étonnamment, le système planétaire autour du pulsar 1257 + 12 ressemble plus à notre propre système solaire que tout système planétaire extrasolaire découvert autour d'une étoile semblable au soleil", a déclaré Konacki. "Cela suggère que la formation de la planète est plus universelle que prévu."
Les premières planètes en orbite autour d'une étoile autre que le soleil ont été découvertes par Wolszczan et Frail autour d'une vieille étoile à neutrons à rotation rapide, PSR B1257 + 12, lors d'une grande recherche de pulsars menée en 1990 avec le radiotélescope géant Arecibo de 305 mètres. Les étoiles à neutrons sont souvent observables sous forme de pulsars radio, car elles se révèlent être des sources d'émissions radio très périodiques, semblables à des impulsions. Ce sont des restes extrêmement compacts et denses d'explosions de supernova qui marquent la mort d'étoiles massives et normales.
La précision exquise des pulsars millisecondes offre une occasion unique de rechercher des planètes et même de grands astéroïdes en orbite autour du pulsar. Cette approche de «synchronisation pulsarienne» est analogue à l'effet Doppler bien connu utilisé avec succès par les astronomes optiques pour identifier les planètes autour des étoiles proches. Essentiellement, l'objet en orbite induit un mouvement réflexe vers le pulsar qui a pour résultat de perturber les temps d'arrivée des impulsions. Cependant, tout comme la méthode Doppler, la méthode de synchronisation du pulsar est sensible aux mouvements stellaires le long de la ligne de visée, la synchronisation du pulsar ne peut détecter que les variations du temps d'arrivée des impulsions causées par une oscillation du pulsar le long de la même ligne. La conséquence de cette limitation est que l'on ne peut mesurer qu'une projection du mouvement planétaire sur la ligne de visée et ne peut pas déterminer la vraie taille de l'orbite.
Peu de temps après la découverte des planètes autour du PSR 1257 + 12, les astronomes ont réalisé que les deux plus lourds devaient interagir gravitationnellement de manière mesurable, en raison d'une commensurabilité proche de 3: 2 de leurs périodes orbitales de 66,5 et 98,2 jours. Étant donné que l'amplitude et le schéma exact des perturbations résultant de cette condition de quasi-résonance dépendent d'une orientation mutuelle des orbites planétaires et des masses planétaires, on peut, en principe, extraire ces informations d'observations temporelles précises.
Wolszczan a montré la faisabilité de cette approche en 1994 en démontrant la présence de l'effet de perturbation prédit dans le timing du pulsar de la planète. En fait, c'était la première observation d'un tel effet au-delà du système solaire, dans lequel des résonances entre les planètes et les satellites planétaires sont couramment observées. Ces dernières années, les astronomes ont également détecté des exemples d'interactions gravitationnelles entre des planètes géantes autour d'étoiles normales.
Konacki et Wolszczan ont appliqué la technique d'interaction de résonance aux observations temporelles de précision à la microseconde du PSR B1257 + 12 effectuées entre 1990 et 2003 avec le radiotélescope géant Arecibo. Dans un article à paraître dans Astrophysical Journal Letters, ils démontrent que la signature de perturbation planétaire détectable dans les données de synchronisation est suffisamment grande pour obtenir des estimations étonnamment précises des masses des deux planètes en orbite autour du pulsar.
Les mesures effectuées par Konacki et Wolszczan éliminent la possibilité que les planètes pulsar soient beaucoup plus massives, ce qui serait le cas si leurs orbites étaient orientées plus "face à face" par rapport au ciel. En fait, ces résultats représentent la première identification sans ambiguïté de planètes de la taille de la Terre créées à partir d'un disque protoplanétaire au-delà du système solaire.
Wolszczan a déclaré: "Cette découverte et la similitude frappante de l'apparence du système pulsar avec le système solaire intérieur fournissent une ligne directrice importante pour planifier les futures recherches de planètes semblables à la Terre autour des étoiles proches."
Source d'origine: communiqué de presse Caltech
