Les astronomes ont-ils trouvé la première planète en dehors de notre galaxie ? c’est compliqué

La galaxie Vortex, à environ 28 millions d’années-lumière de la Terre, ressemble à nos télescopes comme une tornade cosmique remplie de pierres précieuses chatoyantes. D’énormes flèches gracieuses s’élèvent du Whirlpool Center, également connu sous le nom de M51. Il embrasse en lui de jeunes étoiles qui éclatent en vie, de vieilles étoiles qui s’étendent, explosent et explosent.

En 2012, l’observatoire Chandra de la NASA, qui voit le ciel en rayons X, a détecté un étrange flash provenant de la galaxie. La source de rayons X dans l’un des bras de Whirlpool a été éteinte pendant environ deux heures avant de reprendre soudainement vie. Ce n’est pas inhabituel pour les sources de rayons X dans l’univers. Certains brillent, d’autres s’assombrissent périodiquement.

Cette source particulière a émergé d’un « binaire à rayons X », connu sous le nom de M51-ULS-1, qui est en fait composé de deux objets : des partenaires de danse cosmiques qui sont en orbite l’un autour de l’autre depuis potentiellement des milliards d’années. L’un de ces objets est soit un trou noir, soit une étoile à neutrons, et l’autre peut être une grande étoile extrêmement brillante connue sous le nom de « géante bleue ».

Lorsque les astronomes ont examiné de près le signal de rayons X de la paire, ils ont commencé à soupçonner que la cause de la gradation pourrait avoir été quelque chose que nous n’avions jamais vu auparavant : un monde en dehors de la Voie lactée, empêchant brièvement les rayons X d’atteindre notre télescopes. L’équipe l’a appelé une « exoplanète ».

Une équipe de recherche dirigée par l’astronome Rosanne Di Stefano du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Ils ont publié les détails de leur hypothèse dans Nature Astronomy le 25 octobre.. Leur étude fournit la preuve que le clin d’œil aux rayons X détecté par Chandra est probablement causé par une planète, à peu près de la taille de Saturne, passant devant M51-ULS-1.

L’exoplanète candidate s’appelle « M51-1 » et orbiterait autour de son hôte binaire à peu près à la même distance qu’Uranus autour de notre soleil.

Alors que de nombreuses sources d’information ont approuvé la découverte comme « la première planète à être découverte en dehors de la Voie lactée », il n’y a aucun moyen de confirmer la découverte. Du moins, pas avant quelques décennies, lorsque la planète proposée est censée effectuer un autre transit binaire. Di Stefano dit que l’équipe a modélisé d’autres objets qui peuvent produire une baisse des rayons X, mais cela a échoué. Cependant, elle souligne qu’il ne s’agit pas d’un résultat confirmé.

« Nous ne pouvons pas prétendre qu’il s’agit d’une planète à coup sûr, mais nous prétendons que le seul modèle qui correspond à toutes les données… est le modèle de la planète candidate », explique Di Stefano.

Alors que d’autres astronomes sont enthousiastes à l’idée d’utiliser les rayons X comme moyen de découvrir des mondes lointains, ils ne sont pas convaincus que l’équipe de Di Stefano a été en mesure d’exclure d’autres choses comme les grandes étoiles ratées connues sous le nom de naines brunes ou les étoiles M plus petites et plus froides.

« Il s’agit soit d’une exoplanète complètement inattendue qui a été découverte presque immédiatement dans une petite quantité de données, soit de quelque chose de très commun ou de divers dans le parc », explique Benjamin Pope, un astrophysicien qui étudie les exoplanètes à l’Université du Queensland en Australie.

À la recherche de mondes cachés

Les astronomes explorent le ciel depuis des décennies, à la recherche de planètes en dehors de notre système solaire. La première découverte confirmée d’une exoplanète date de 1992, alors qu’il y avait deux corps ou plus. Découverte autour de l’étoile à neutrons à rotation rapide PSR1257 + 12.

Avant ces premières découvertes, les humains imaginaient souvent des planètes très similaires à celles auxquelles nous étions habitués à l’école maternelle. Les planètes rocheuses comme la Terre et Mars, les géantes gazeuses comme Jupiter et les mondes plus petits, comme Pluton, sont loin du Soleil. Depuis 1992, nos idées se sont révélées très peu imaginatives.

Les exoplanètes sont vraiment Objet spatial Des mondes aux caractéristiques très étranges. là-bas Une planète où il pleut du fer, l’énorme acheteur il Il tourne autour de son étoile natale sur une orbite en forme d’œuf, une Planète « nue » dans le désert de Neptune et des tonnes de super terre Qui ressemble à la maison, légèrement engorgé. Des dizaines de mondes étranges et nouveaux continuent d’être découverts par de puissants télescopes de chasse aux planètes chaque année.

Mais tous ces mondes, jusqu’à présent, ont été localisés dans la Voie lactée.

Il est très probable (en fait pratiquement certain) que des planètes existent en dehors de notre galaxie – nous n’avons pas encore pu les détecter. Notre voisin galactique le plus proche, Andromède, est à environ 2,5 millions d’années-lumière. L’exoplanète la plus éloignée que nous ayons trouvée est située à seulement 28 000 années-lumière de la Terre. Selon le catalogue des exoplanètes de la NASA.

Trouver des exoplanètes n’est pas facile car de moins en moins de lumière traverse l’univers jusqu’à nos télescopes. Les astronomes « voient » rarement une exoplanète directement. C’est parce que la lumière vive d’une étoile dans les systèmes planétaires proches obscurcit généralement toutes les planètes qui pourraient l’orbiter.

Pour le « voir », les astronomes doivent bloquer les rayons de l’étoile. Moins de 2% des exoplanètes du catalogue de la NASA de 4 538 fortes ont été trouvées avec cette méthode, connue sous le nom d’« imagerie en direct ».

Mais une méthode très réussie, qui représente plus de 3 000 découvertes d’exoplanètes, est connue sous le nom de méthode du « transit ». Les astronomes pointent leurs télescopes sur les étoiles, puis attendent des baisses périodiques de leur luminosité. Si ces creux s’accompagnent d’un rythme régulier, alors ils peuvent représenter une planète se déplaçant autour de l’étoile et, de notre point de vue sur Terre, dépassant périodiquement son hôte ardent. C’est la même idée qu’une éclipse solaire, lorsque la lune passe directement devant notre soleil et que l’obscurité descend sur la Terre.

Cette méthode a été cruciale pour la découverte de M51-1. Cependant, au lieu de détecter des creux dans la lumière visible (une forme de rayonnement électromagnétique), l’équipe a vu des creux dans les rayons X (une forme différente de rayonnement électromagnétique). Parce que ces rayons X ont été émis à partir d’une zone relativement petite, dit Di Stefano, il semble que la planète en transit puisse la bloquer en grande partie ou en totalité.

M51-1

Si M51-1 était une planète, l’équipe de Di Stefano pense qu’elle a peut-être vécu une vie mouvementée.

Il est lié gravitationnellement au complexe binaire à rayons X M51-ULS-1, dont l’équipe de Di Stefano suppose qu’il est composé d’un trou noir ou d’une étoile à neutrons en orbite autour d’une étoile géante. Dans une ancienne danse entre les deux, un trou noir ou une étoile à neutrons tirait de la masse de la supergéante. Cette masse, composée de poussières et de gaz chauds, se déplace constamment autour du trou noir/étoile à neutrons dans ce qu’on appelle un disque d’accrétion. Ce disque chaud émet les rayons X découverts par Chandra.

Les régions de l’espace autour des binaires de rayons X sont des endroits violents, et ce disque ne dégage pas de rayons X de manière stable. Parfois, les rayons X semblent se déclencher pendant des heures, mais il est difficile d’en déterminer la cause. Duncan Galloway, astrophysicien à l’Université Monash qui étudie les binaires des étoiles à neutrons.

Une croyance est que la panne pourrait être causée par une partie des gaz chauds et de la poussière dans le système bloquant le signal. Ce n’est pas le cas, dit Di Stefano, car le gaz et la poussière fourniront un signal différent. « En passant devant la source de rayons X, une partie de la lumière de la source commence à interagir avec les régions externes du nuage, ce qui donne une signature spectrale distincte », note-t-elle.

Une autre possibilité est que la gradation des rayons X soit causée par différents types d’étoiles obscurcissant notre vue. Un type, connu sous le nom de naine brune, apparaît lorsqu’une étoile ne parvient pas à s’allumer correctement. Un autre type, la naine M, est un type commun d’étoile parfois appelé « naine rouge ». Mais étant donné l’âge du système M51-ULS-1, l’équipe de Di Stefano pense que ces objets seront beaucoup plus gros que celui qu’ils ont découvert.

L’équipe de Di Stefano a exécuté une multitude de modèles pour explorer différents scénarios expliquant pourquoi la source de rayons X serait éteinte. En fin de compte, dit-elle, c’était une planète de la taille de Saturne et semblait correspondre au mieux à ce qu’ils voyaient.

« Le modèle candidat pour la planète était le dernier qui a survécu, pour ainsi dire », dit Di Stefano.

Bob est moins convaincu. « Personnellement, je ne parierais pas que c’est une planète », dit-il. « À mon avis, cela pourrait être un excellent compagnon ou quelque chose d’étrange qui se passe dans le disque. »

Faites confiance au processus

Ce n’est pas la première fois que l’observatoire Chandra de la NASA est balayé par une possible découverte d’une « exoplanète ». Étudier comment le rayonnement des étoiles lointaines est « courbé » par la gravité, une technique connue sous le nom de lentille fine, les astronomes de l’Université de l’Oklahoma pensent avoir découvert des milliers de planètes extragalactiques en 2018. Des études antérieures ont affirmé avoir trouvé des preuves de planètes extragalactiques dans la galaxie d’Andromède.

D’autres astronomes étaient également sceptiques quant à ces découvertes. Les mêmes doutes ont surgi dans le cas du M51-1. Et surtout, c’est tout à fait normal.

C’est le processus scientifique à l’œuvre. L’équipe de Di Stefano a plaidé sa cause : M51-1 est une planète extragalactique. Maintenant, il y a plus de travail à faire. La confirmation que M51-1 est une planète ne sera pas possible tant qu’elle n’aura pas effectué un autre transit binaire de rayons X dans plusieurs décennies, mais il existe d’autres moyens pour les astronomes d’examiner leurs découvertes.

Bob note que si nous trouvons des systèmes similaires dans la Voie lactée, nous pourrons effectuer un suivi avec des télescopes optiques et mieux comprendre ce qui pourrait se produire dans ces types de systèmes.

Nous savons qu’il doit y avoir des planètes en dehors de la Voie lactée et que, par conséquent, les humains finiront par les découvrir. Pour Galloway, l’étude est passionnante non pas à cause de la raison pour laquelle le binaire de rayons X baisse de luminosité, mais à cause de ce qui se passe ensuite.

« Ce qui est vraiment excitant, c’est qu’il peut y avoir des événements supplémentaires dans d’autres données, nous avons donc maintenant l’impulsion où nous pouvons aller les chercher », dit-il.

Di Stefano ressent la même chose, espérant que le poste en amènera d’autres à ce genre de recherche. Elle dit que l’équipe travaille dur, étudiant le ciel pour d’autres binaires de rayons X qui pourraient afficher une gradation similaire.

« En fin de compte, la meilleure preuve sera de découvrir plus de planètes », note-t-elle.