La Pandora d’Avatar est en orbite autour d'une géante gazeuse du nom de Polyphème - rappelons au passage que, dans la mythologie grecque, Polyphème est un cyclope, fils de Poséidon et de la nymphe Thoôsa, alors que Pandora tire son nom en anglais de Pandore, la première femme humaine façonnée dans l'argile par Héphaïstos et animée par la déesse Athéna. Elle est associée à la fameuse légende de la « boîte de Pandore ».

Pandora est sensée se trouver autour d'une des étoiles du système triple d'Alpha du Centaure. Or, récemment, des observations ont laissé entendre qu'il y aurait peut-être une géante gazeuse autour d'Alpha Centauri A comme dans Avatar !

Techniquement, Pandora est une exolune autour d'une exoplanète. Si on veut que la réalité ait une chance de rejoindre un peu la fiction, il faut que les exolunes existent dans le cosmos. Or, justement, une équipe d'astronomes qui compte parmi ses membres Quentin Kral, chercheur de l'Observatoire de Paris-PSL au sein du Laboratoire d'instrumentation et de recherche en astrophysique (LIRA-CNRS / Sorbonne Université / Université Paris Cité), vient de publier un article intéressant à ce sujet dans Astronomy & Astrophysics.

Le VLTI combine la lumière provenant de plusieurs télescopes individuels du VLT (soit les quatre télescopes (UT) de huit mètres, soit les quatre télescopes auxiliaires plus petits) à l'aide de l'interférométrie. Gravity+ est une mise à niveau du VLTI, axée sur Gravity, un instrument du VLTI très performant qui a été utilisé pour obtenir des images d'exoplanètes, observer des étoiles proches et lointaines et effectuer des observations détaillées d'objets faibles en orbite autour du trou noir supermassif de la Voie lactée. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © ESO

Une exolune détectée grâce à l'interférométrie ?

L'étude, dirigée par Quentin Kral, dont les lecteurs de Futura ont sans doute lu l'interview qu'il nous avait déjà donnée au sujet de la récente publication aux Éditions Ellipses de son ouvrage Les astronomes à la recherche de la vie extraterrestre, est exposée dans l'article dont on peut trouver une version en accès libre sur arXiv.

Il y est question d'observations inédites qui suggèrent la présence d'une exolune autour d'un astre à environ 130 années-lumière de la Terre, astre qui est en orbite autour de l'étoile HD 206893, une étoile jaune-blanc de la séquence de type spectral F5V, donc environ 30 % plus grande que notre propre Soleil. Rappelons que le catalogue Henry Draper (HD) regroupe les données sur plus de 225 000 étoiles dont les magnitudes apparentes vont jusqu'à 9 environ.

Établi au début du XX^e siècle par l'astronome Annie Jump Cannon et ses collègues du Harvard College Observatory, il couvre presque toute la voûte céleste. Il tire son nom d'un pionnier de l'astrophotographie, qui fut le premier à obtenir un spectre stellaire, celui de Véga, en 1872. À sa mort, sa veuve avait financé la réalisation de ce catalogue, par la suite largement utilisé par les astronomes. Voilà pourquoi plusieurs étoiles de la Voie lactée étudiées pour leurs exoplanètes sont référencées par les lettres HD.

Plusieurs astres de grande taille sont en orbite autour de HD 206893, dont HD206893 c, qui a fait récemment parler de lui, et HD 206893 B, dont on pense qu'il s'agit d'une naine brune. C'est cette naine brune qui a fait l'objet de mesures réalisées au moyen de l'instrument Gravity qui permet avec le VLTI de l'Eso au Chili de faire des observations selon la technique de synthèse d'ouverture par interférométrie. Tout se passe alors comme si on disposait d'un télescope virtuel avec un miroir dont le diamètre serait au moins de 130 mètres et même plus, comme l'explique la vidéo ci-dessus qui donne, comme exemple du pouvoir de résolution, théoriquement atteint avec un tel télescope, la possibilité d'observer une personne humaine sur la Lune ! 

Les méthodes de détection des exoplanètes se sont largement diversifiées depuis les années 1990. Elles peuvent se classer en deux grandes catégories, les méthodes directes et les méthodes indirectes. Les trois méthodes principales sont la méthode directe d’imagerie, la méthode indirecte du transit et la méthode indirecte de la vitesse radiale. Partez à la découverte des exoplanètes à travers notre websérie en 9 épisodes. Une vidéo à retrouver chaque semaine sur notre chaîne YouTube. Une playlist proposée par le CEA et l'université Paris-Saclay dans le cadre du projet de recherche européen H2020 Exoplanets-A. © CEA Recherche

Mais revenons à la découverte d'une exolune concernant HD206893 B, nous avons demandé à Quentin Kral une nouvelle interview à ce sujet. Le chercheur a bien voulu répondre à nos questions.

Futura : HD 206893 B, dont on pense qu’elle contient environ 20 fois la masse de Jupiter, est une naine brune, donc pas réellement une exoplanète. Peut-on alors vraiment parler d’exolunes pour ce genre d’astre ?

Quentin Kral :  Le statut des naines brunes n'est en réalité pas aussi clair qu'on le pense souvent. La frontière entre planète géante et naine brune ne repose pas uniquement sur la masse (comme la fameuse limite des 13 masses de Jupiter), mais aussi sur la manière dont l'objet s'est formé.

Futura : Il existe plusieurs méthodes pour détecter des exoplanètes, les deux principales étant celles des vitesses radiales et des transits planétaires, mais c’est bien une autre méthode que vous avez utilisée ?

Quentin Kral : Absolument ! Il s'agit d'astrométrie, c'est-à-dire de mesures extrêmement précises des positions et des vitesses, réalisées grâce au VLTI. Mais contrairement aux études précédentes sur des objets massifs, qui reposaient sur des observations espacées de plusieurs années, nous avons utilisé l'instrument Gravity pour suivre le système sur des échelles de temps beaucoup plus courtes, allant de quelques jours à quelques mois.

Cette stratégie d'observation totalement inédite nous a permis de sonder un régime dynamique jusqu'ici inaccessible, et de détecter puis mesurer des variations rapides du mouvement, impossibles à observer avec les approches classiques.

Elles nous indiquent aujourd'hui que les mouvements de HD 206893 B seraient légèrement perturbés gravitationnellement par un objet avec une masse estimée à environ la moitié de celle de Jupiter, soit près de neuf fois la masse de Neptune.

Concrètement, superposé au mouvement principal de la naine brune autour de HD 206893, nous avons détecté ce qui semble être un léger va-et-vient avec une période d'environ neuf mois et une amplitude comparable à la distance Terre-Lune.

Il y aurait donc une exolune en orbite autour de HD 206893 B à une distance d'environ 0,22 unité astronomique, qui plus est sur une orbite fortement inclinée d'environ 60 degrés par rapport au plan orbital de HD 206893 B autour de son soleil.

Futura : Est-ce la première fois que l’on détecte un signal d’exolune potentiel ?

Quentin Kral : Non, il existe déjà quelques candidats exolunes identifiés ces dernières années - trois à ce jour - mais aucun n'a encore pu être confirmé de manière définitive.

En revanche, c'est la première fois qu'un candidat exolune est proposé grâce à la méthode astrométrique. Cette approche est particulièrement prometteuse car elle permet d'étudier des exoplanètes lointaines, qui pourraient justement être les meilleures cibles pour la détection des toutes premières lunes extrasolaires.

Toujours est-il que même pour HD 206893 B, il est encore trop tôt pour conclure avec certitude.

Futura : Que peut-on faire dans ce but ?

Quentin Kral : Dans le cas de HD 206893 B, c'est très simple, il faut augmenter le nombre de mesures pour faire baisser les incertitudes, ce que nous voulons faire, et des demandes de temps d'observation complémentaires ont été soumises.

La méthode que nous utilisons ouvre également des portes, car elle permet en théorie de détecter des exolunes autour d'exoplanètes à relativement grande distance de leurs étoiles hôtes, là où les orbites des exolunes ont plus de chances d'être stables.

On sait bien, dans le cas du Système solaire, que c'est autour des géantes gazeuses et de glace que l'on trouve beaucoup d'exolunes, comme le montrent bien les cas de Jupiter et Saturne.

Nous voudrions faire d'autres observations similaires pour plusieurs autres exoplanètes dans un futur proche.

Futura : Pourrait-on un jour avoir des images de l’exolune autour de HD 206893 B si son existence est confirmée ? Après tout, elle ne serait qu’à environ 130 années-lumière du Soleil.

Quentin Kral : C'est encore du domaine de la science-fiction, il y a un moyen de faire des images proches de la surface d'exoplanètes, toutefois, il faut pour cela utiliser le champ de gravitation du Soleil sous la forme de la lentille gravitationnelle qu'il produit. Il faudrait alors se placer au foyer d'une telle lentille située à plusieurs centaines d'unités astronomiques du Soleil.

On peut se rendre compte de l'énormité de l'entreprise consistant à utiliser une lentille gravitationnelle solaire quand on se souvient que même la sonde Voyager I n'est qu'à environ 160 unités astronomiques au bout de 45 ans de voyage environ.