Des chercheurs repèrent une planète de la taille de Saturne dans le « désert d’Einstein »
La plupart des exoplanètes que nous avons découvertes se trouvent sur des orbites relativement serrées autour de leurs étoiles hôtes, ce qui nous permet de les suivre alors qu’elles tournent de manière répétée autour d’elles. Mais nous avons également découvert une poignée de planètes grâce à un phénomène appelé microlentille gravitationnelle. Cela se produit lorsqu’une planète passe entre la ligne de visée entre la Terre et une autre étoile, créant une lentille gravitationnelle qui déforme l’étoile, la faisant brièvement s’illuminer.
L’élément clé de la microlentille gravitationnelle par rapport aux autres méthodes de recherche de planètes est que la planète agissant comme lentille peut se trouver presque n’importe où sur la ligne entre l’étoile et la Terre. Ainsi, dans de nombreux cas, ces événements sont provoqués par ce qu’on appelle des planètes errantes : celles qui ne font partie d’aucun système exosolaire, mais dérivent dans l’espace interstellaire. Aujourd’hui, des chercheurs ont utilisé la microlentille gravitationnelle et l’orientation fortuite du télescope spatial Gaia pour repérer une planète de la taille de Saturne qui est la première trouvée dans ce qu’on appelle le « désert d’Einstein », ce qui pourrait nous renseigner sur l’origine des planètes errantes.
Devenir errante
La plupart des planètes que nous avons identifiées sont en orbite autour d’étoiles et se sont formées à partir des disques de gaz et de poussière qui entouraient l’étoile au début de son histoire. Nous avons imagé beaucoup de ces disques et même vu certains avec des preuves de planètes se formant en leur sein. Alors, comment obtient-on une planète qui n’est liée à aucune étoile ? Il existe deux voies possibles.
La première implique des interactions gravitationnelles, soit entre les planètes du système, soit en raison d’une rencontre entre le système exosolaire et une étoile de passage. Dans les bonnes circonstances, ces interactions peuvent éjecter une planète de son orbite et l’envoyer foncer à travers l’espace interstellaire. En tant que telles, nous devrions nous attendre à ce qu’elles ressemblent à n’importe quelle planète typique, allant en masse de petits corps rocheux aux géantes gazeuses. Une méthode alternative de création d’une planète errante commence par le même processus d’effondrement gravitationnel qui construit une étoile, mais dans ce cas, le processus manque littéralement de gaz. Ce qui reste est susceptible d’être une grande géante gazeuse, possiblement quelque part entre Jupiter et une naine brune en masse.
Puisque ces objets ne sont liés à aucun système exosolaire, ils n’auront aucune interaction régulière avec les étoiles ; notre seul moyen de les repérer est la microlentille gravitationnelle. Et la microlentille gravitationnelle nous dit très peu de choses sur la taille de la planète. Pour comprendre les choses, nous aurions besoin d’une indication sur des éléments comme la distance de l’étoile et de la planète, et la taille de l’étoile.
Cela ne signifie pas que les événements de microlentille gravitationnelle ne nous ont rien appris. Nous pouvons identifier la taille de l’anneau d’Einstein, l’anneau circulaire de lumière qui se forme lorsque la planète et l’étoile sont parfaitement alignées du point de vue de la Terre. Compte tenu de ces informations et de certaines des autres pièces d’information mentionnées ci-dessus, nous pouvons déterminer la masse de la planète. Mais même sans cela, nous pouvons faire des déductions en utilisant des modèles statistiques.
Des études de collections d’événements de microlentille gravitationnelle (ces collections sont petites, généralement de quelques dizaines, car ces événements sont rares et difficiles à repérer) ont identifié un schéma distinctif. Il y a un groupe d’anneaux d’Einstein relativement petits qui sont susceptibles de provenir de planètes relativement petites. Ensuite, il y a un écart, suivi d’un deuxième groupe qui est susceptible d’être créé par des planètes beaucoup plus grandes. L’écart entre les deux a été appelé le « désert d’Einstein », et il y a eu beaucoup de discussions concernant sa signification et s’il est même réel ou simplement un produit de la taille d’échantillon relativement petite.
Parfois on a de la chance
Tout cela nous amène au dernier événement de microlentille gravitationnelle, qui a été détecté par deux projets qui lui ont chacun donné un nom différent mais tout aussi convaincant. Pour le Korea Microlensing Telescope Network, l’événement était KMT-2024-BLG-0792. Pour l’Optical Gravitational Lensing Experiment, ou OGLE, c’était OGLE-2024-BLG-0516. Nous l’appellerons simplement « l’événement de microlentille gravitationnelle » et noterons que tout le monde s’accorde pour dire qu’il s’est produit début mai 2024.
Ces deux réseaux sont composés de télescopes terrestres et n’ont donc fourni qu’une seule perspective sur l’événement de microlentille gravitationnelle. Mais nous avons eu de la chance car le télescope spatial Gaia de l’Agence spatiale européenne était orienté de manière à ce qu’il lui soit très facile de capturer des images. « Fortuitement, l’événement de microlentille gravitationnelle KMT-2024-BLG-0792/OGLE-2024-BLG-0516 était situé presque perpendiculairement à la direction de l’axe de précession de Gaia », écrivent les chercheurs qui décrivent cet événement. « Cette géométrie rare a fait que l’événement a été observé par Gaia six fois sur une période de 16 heures. »
Gaia est également situé au point de Lagrange L2, qui est à une distance considérable de la Terre. C’est suffisamment loin pour que le pic de luminosité de l’événement du point de vue de Gaia ait eu lieu près de deux heures plus tard qu’il ne l’a fait pour les télescopes sur Terre. Cela nous a permis de déterminer la parallaxe de l’événement de microlentille gravitationnelle, et donc sa distance. D’autres images de l’étoile prises avant ou après l’événement indiquaient qu’il s’agissait d’une géante rouge dans le bulbe galactique, ce qui nous a également donné une vérification distincte de sa distance et de sa taille probables.
En utilisant la parallaxe et la taille de l’anneau d’Einstein, les chercheurs ont déterminé que la planète impliquée avait environ 0,2 fois la masse de Jupiter, ce qui la rend un peu plus petite que la masse de Saturne. Ces estimations sont cohérentes avec un modèle statistique qui a pris en compte les autres propriétés. Les mesures l’ont également placée en plein milieu du désert d’Einstein, le premier événement de microlentille gravitationnelle que nous y avons vu.
C’est significatif car cela signifie que nous pouvons orienter le désert d’Einstein vers une masse spécifique d’une planète en son sein. En raison de la variabilité d’éléments comme la distance et la taille de l’étoile, toutes les planètes qui produisent un anneau d’Einstein de taille similaire ne seront pas de taille similaire, mais les statistiques suggèrent que ce sera généralement le cas. Et cela correspond à l’une des explications potentielles du désert d’Einstein : qu’il représente l’écart de taille entre les deux méthodes différentes de création d’une planète errante.
Pour le scénario de formation planétaire normal, plus la planète est légère, plus il est facile de l’éjecter, donc on s’attendrait à un biais vers les petits corps rocheux. La planète de la taille de Saturne vue ici pourrait être près de la limite supérieure des types de corps que nous verrions typiquement être éjectés d’un système exosolaire. En revanche, les planètes errantes qui se forment par les mêmes mécanismes qui nous donnent des naines brunes seraient typiquement de la taille de Jupiter ou plus grandes.
Cela dit, le faible nombre total d’événements de microlentille gravitationnelle laisse encore la question de la réalité de l’écart d’Einstein ouverte. En s’en tenant aux données du Korea Microlensing Telescope Network, les chercheurs constatent que la fréquence des autres détections suggère que nous aurions 27 pour cent de chances de détecter un seul élément dans la zone du désert d’Einstein même si le désert n’était pas réel et que les détections étaient également probables dans toute la plage de tailles. Donc, comme c’est souvent le cas, nous allons devoir laisser le réseau faire son travail pendant quelques années de plus avant d’avoir les données pour dire quelque chose de définitif.
