Les oscillations stellaires nous éclairent sur les étoiles et leurs systèmes planétaires
SPIRou (SpectroPolarimètre InfraRouge), un instrument infrarouge à haute résolution installé au télescope Canada-France Hawaï (CFHT pour «Canada-France Hawaii telescope») au sommet du volcan Mauna Kea, à Hawaï, étudie les systèmes planétaires autour de petites étoiles proches du système solaire. Ces étoiles, dont la masse est comprise entre un tiers et un dixième de celle du Soleil et qui sont moins brillantes car elles sont plus froides que le Soleil, sont appelées naines rouges. «Si nous voulons capter la majeure partie de leur lumière, nous devons les observer dans l’infrarouge, c’est pourquoi nous avons développé cet instrument infrarouge», explique Jean-François Donati, coordinateur du projet NewWorlds et directeur de recherche au Centre national de la recherche scientifique de France. Le projet NewWorlds a bénéficié d’un financement du Conseil européen de la recherche. Environ 80 % des étoiles les plus proches du système solaire sont des naines rouges. «Si nous voulons connaître les systèmes planétaires les plus proches de nous, nous devons observer ces étoiles. Seul un instrument infrarouge peut le faire efficacement», note Jean-François Donati.
Les oscillations stellaires indiquent la présence de planètes à proximité
L’instrument SPIRou, conçu et construit dans le cadre du projet, utilise la vélocimétrie de haute précision pour mesurer la vitesse radiale. Combinée à la spectropolarimétrie infrarouge, qui mesure et cartographie les fluctuations du champ magnétique des étoiles, cette technique permet de détecter de minuscules oscillations. Les oscillations peuvent indiquer avec précision la présence de planètes en orbite dans des systèmes stellaires éloignés. «Nous ne voyons pas les planètes elles-mêmes, mais plutôt leur impact sur l’étoile. L’étoile réagit à l’attraction gravitationnelle de ses planètes en rotation, de sorte que nous voyons l’étoile osciller», explique Jean-François Donati. Jusqu’à présent, le projet a contribué à la découverte d’une dizaine de nouvelles planètes autour de naines rouges en détectant les oscillations stellaires. «Ce n’est pas facile, car les petites étoiles ont des planètes plus petites, qui génèrent de très petites oscillations», selon Jean-François Donati.
Nettoyage des données relatives à l’oscillation
«Le problème est que les étoiles, comme le Soleil, sont extrêmement actives. Elles ont de grandes taches et des champs magnétiques qui génèrent également une oscillation, il faut donc distinguer ce phénomène de l’oscillation des planètes.» «Ce défi a été relevé dans le domaine visible avec différents instruments, mais il n’a jamais été relevé dans l’infrarouge», ajoute-t-il. De multiples observations ont permis de distinguer les oscillations planétaires d’autres activités. «De manière inhabituelle, nous avons pu observer des oscillations planétaires sur de longues périodes, des centaines de fois en l’espace de deux à trois ans.» Les chercheurs ont détecté des étoiles présentant des formes d’activité particulières, qui doivent encore être étudiées. «Ces étoiles avaient des champs magnétiques très étranges auxquels nous ne nous attendions pas», explique Jean-François Donati.
Observations dans le temps
Les champs magnétiques ont un impact sur la formation dans l’univers des étoiles de faible masse et de leurs planètes, et contribuent aux conditions d’apparition de la vie. Grâce aux nombreuses observations réalisées depuis l’installation de SPIRou à Hawaï en 2019, le projet a permis de caractériser un certain nombre de planètes autour de naines rouges, dans l’espoir, à terme, de trouver des planètes habitables semblables à la Terre en dehors du système solaire. SPIRou a servi à observer la naissance de jeunes étoiles et de leurs planètes, également étudiées dans le cadre d’autres projets financés par l’UE tels que GASP et SACCRED. Une longue série d’observations peut apporter un éclairage sur la naissance des systèmes planétaires, note Jean-François Donati, qui signale une autre découverte majeure du projet: «Il semble que les planètes naissent avec des densités proches de celles que nous connaissons dans le système solaire.» «Nous avons trouvé des densités globales de planètes similaires à celles de Neptune, ce qui était inattendu. Nous nous attendions à ce que ces planètes soient plus grandes.»
Mots‑clés
NewWorlds, SPIRou, planètes, systèmes planétaires, télescope d’Hawaï, naines rouges, instrument infrarouge, vélocimétrie, spectropolarimétrie, jeunes étoiles, Neptune