Mesure précise de la masse d'une planète extrasolaire

- communiqué de presse

Mardi, 3 décembre 2002

Une équipe internationale(1) , co-dirigée par un Français du laboratoire d'Astrophysique de Grenoble, vient de mesurer la masse d'une planète extrasolaire orbitant autour de l'étoile Gliese 876 (Gl 876). Cette équipe a utilisé, d'une part le Télescope Spatial Hubble (NASA-ESA) pour les mesures astrométriques, d'autre part le télescope de 1,93 m équipé du spectrographe Elodie de l'Observatoire de Haute-Provence de même que les télescope Lick et Keck pour les mesures de vitesses radiales. Cette planète a une masse entre 1,9 et 2,4 fois la masse de Jupiter. Il s'agit de la seconde planète extrasolaire dont la masse a pu être mesurée, la première étant la planète orbitant autour de l'étoile HD 209458.

C'est en 1998 qu'une équipe d'astronomes franco-suisse découvre autour de l'étoile Gl 876 la présence d'une planète (communiqué de presse du CNRS du 28/06/98). Cette équipe est conduite par Thierry Forveille du Laboratoire d'astrophysique de Grenoble (unité mixte de recherche, CNRS - Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble - Université Joseph Fourier) et comprend Xavier Delfosse et Christian Perrier du même laboratoire et Michel Mayor de l'Observatoire de Genève. Les observations ont été effectuées avec le télescope de 1,93 m de l'Observatoire de Haute - Provence (unité de service et de recherche du CNRS - Observatoire Astronomique de Marseille-Provence) équipé du spectrographe Elodie et avec le télescope suisse de l'Observatoire de la Silla au Chili (ESO) équipé du spectrographe Coravel. Cette étoile a la particularité d'être une naine rouge, 3 fois moins massive que le Soleil, et est très proche de nous à une quinzaine d'années-lumière. La planète détectée tourne autour de l'étoile en 60 jours environ, avec un rayon moyen de 0,2 fois la distance Terre-Soleil, mais avec une orbite excentrique. A cette époque, comme pour toutes les planètes détectées par la méthode de vitesse radiale, seule une valeur minimale de sa masse est déterminée: plus de 1,5 fois la masse de Jupiter. L'étoile étant une naine rouge (la seule naine rouge connue à ce jour possédant des planètes), le rapport entre la masse de l'étoile et sa planète devait se situer autour de 100. Cette découverte a également été faite en parallèle par une équipe d'astronomes américains qui a découvert une seconde planète plus petite et plus proche de l'étoile un an après.

L'équipe grenobloise comprend très vite que, cette étoile étant très proche de nous et le rapport masse de l'étoile / masse de la planète très faible, il est possible de calculer, par astrométrie , le mouvement de l'étoile induit par la planète et donc de pouvoir ainsi déterminer la masse de cette dernière. Une équipe est alors mise en place comprenant des chercheurs américains spécialistes des mesures astrométriques(2) avec le Télescope Spatial Hubble et deux équipes pour l'analyse précise des vitesses radiales pour améliorer les précisions sur l'orbite, l'une franco-suisse travaillant à l'Observatoire de Haute-Provence, l'autre américaine travaillant avec les télescopes Lick et Keck.

Cette collaboration tant au niveau des équipes que des moyens d'observation a ainsi permis de déduire de façon précise la masse de cette planète orbitant autour de Gl 876: entre 1,9 et 2,4 fois la masse de Jupiter.

La centaine de planètes extra-solaires découvertes à ce jour l'a été par la méthode des vitesses radiales qui est la mesure des changements de vitesse de l'étoile dus à la présence d'une planète orbitant autour d'elle. Cette méthode est extrêmement précise, mais ne permet que de donner le seuil minimal de la masse des planètes. La mesure de la première masse de planètes extra-solaires (autour de HD 209458) n'a été possible que parce que celle-ci a la particularité de passer régulièrement devant son étoile en provoquant des éclipses. Ce n'est pas le cas de la planète orbitant autour de Gl 876, la mesure de sa masse repose sur une combinaison de mesure de la vitesse radiale de Gl 876 à la très grande précision de 40 km/h, et de mesures astrométriques de son déplacement dans le ciel de 1/10 000 000 de degré (l'angle sous lequel on verrait une pièce de 2 euros sur la Lune).

Ces précisions sont les limites de ce qu'il est possible d'obtenir pour l'instant avec le télescope spatial Hubble, les mesures de masse de quelques autres planètes seront possibles avec cet instrument mais en très petit nombre. Cependant d'ici 3 ans des précisions 30 fois meilleures pourront être possible avec le Very Large Interferometer de l'ESO, ouvrant des perspectives gigantesques sur les mesures de masse d'un nombre très important de planètes. Cela permettra notamment de répondre à de très nombreuses questions sur le mode de formation des planètes.

Note(s): 
  1. Cette équipe est conduite par T. Forveille de l'Observatoire de Grenoble, actuellement astronome résident au Télescope Canda-France-Hawaii. Elle comprend :- X. Delfosse, C. Perrier du Laboratoire d'astrophysique de Grenoble (unité mixte de recherche, CNRS-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble-Université Joseph Fourier). M. Mayor de l'Observatoire de Genève,- G.F. Benedict, B.E. McArthur et W. Spiesman, MacDonald Observatory. E. Nelan, Space Telescope Science Institute. R.P. Butler, Carnegie Institution of Washington. G. Marcy, University of California Berkeley. B. Goldman, New Mexico State University. W.H. Jefferys, University of Texas.(2) mesure précise de la position des étoiles, et donc de leurs déplacements.

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