Il existe, dans notre cosmos, des milliards de milliards de mondes froids et solitaires, dérivant dans les méandres de notre galaxie sans jamais qu'ils ne croisent une seule étoile. On les nomme planètes errantes ou orphelines, et on les a longtemps considérées comme les fantômes de notre Voie lactée, car nous ne parvenions pas à les repérer. Une impasse observationnelle dorénavant révolue, grâce aux travaux d'une équipe internationale de chercheurs, qui vient de localiser et de peser une géante gazeuse isolée, située à 10 000 années-lumière de notre bercail.
Une découverte si importante pour l'astronomie qu'elle a fait l'objet d'une étude, fraîchement publiée le 1er janvier dans la revue Science. Si l'on connaissait l'existence de ces loups solitaires depuis l'an 2000, il était impossible de les détecter clairement comme nous le faisons avec, entre autres, les exoplanètes (HD 20794 d ou K2-18b, par exemple), ou d'autres astres comme les pulsars. En effet, ces petites cachottières n'émettent aucune lumière visible pour nos caméras optiques, car elles n'orbitent autour d'aucune étoile.
Qu'elles aient été éjectées de leur système natal par des jeux de billard gravitationnels ou qu'elles soient nées de l'effondrement de nuages de gaz et de poussière, à la manière des naines brunes, ces planètes restaient insaisissables.
Plus de 25 ans à se demander si nous serions un jour en mesure de percer le secret de ces nomades, ou si ceux-ci allaient définitivement rester des projections théoriques dans nos modèles astronomiques : c'est long, même en astronomie !
Un plafond de verre qui a volé en éclats grâce au travail d'une coalition menée par l'Université de Pékin avec le soutien des réseaux de surveillance OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment, Université de Varsovie) et KMTNet (Korea Microlensing Telescope Network, Corée du Sud). En combinant leurs données avec celles du satellite Gaia de l'ESA, ils ont pu capturer un événement de microlentille gravitationnelle, prouvant ainsi qu'une planète de la taille de Saturne dérive à 3 000 parsecs du centre galactique. « Pour la première fois, nous disposons d'une mesure directe de la masse pour un objet suspecté d’être une planète errante, loin des habituelles approximations statistiques Désormais, nous avons la certitude qu’il s’agit bel et bien d’une planète », s'enthousiaste Subo Dong, auteur principal et chercheur à l'Université de Pékin.
La gravité comme instrument de mesure : le miracle de la microlentille
Pour débusquer cette vagabonde, les chercheurs n'ont pas cherché à détecter la planète elle-même (mission impossible, puisqu'elle flotte dans une obscurité totale) mais la trace qu'elle laisse sur le tissu de l'Univers. Néanmoins, lorsqu'elle passe devant une autre étoile, bien plus lointaine, sa masse courbe l'espace-temps, amplifiant brièvement la lumière de l'astre.
Une application du phénomène de microlentille gravitationnelle, qui découle de la théorie de la Relativité Générale d'Albert Einstein. Même s'il est très efficace et utilisé par les chasseurs d'exoplanètes, il souffre d'un gros défaut : observé depuis un seul point de vue, (en l'occurence, la Terre) il est incapable de nous révéler la distance exacte de l'intruse. Le flash lumineux enregistré peut tout aussi bien être celui d'un autre objet plus proche, ou inversement, d'un colosse situé encore plus loin. Impossible, donc, de trancher à partir de cette seule observation. Pour que les chercheurs tirent vraiment le portrait de cette planète, il leur fallait un deuxième œil.
Par un alignement que l'on pourrait qualifier de miraculeux, le satellite Gaia, positionné à 1,5 million de kilomètres de la Terre, a, lui aussi, immortalisé cette occultation. Une aubaine, car le satellite de l'ESA ne repasse généralement au-dessus de la même zone que tous les 30 jours environ. Mais, par un hasard total, ses capteurs étaient braqués pile au bon endroit durant les 16 heures où le flash lumineux atteignait son apogée.
En enregistrant le phénomène six fois, avec un décalage de deux heures par rapport aux relevés terrestres de OGLE et KMTNet, Gaia a offert aux chercheurs ce qui leur manquait cruellement : de la perspective. C'est ce décalage spatial, couplé à l'immense distance (1,5 million de kilomètres) séparant le satellite de la Terre, qui a permis de calculer la parallaxe et, par extension, la distance et la masse de notre planète vagabonde. « Nous avons eu une chance extraordinaire de capturer ces observations spatiales […] », admet Andrzej Udalski, directeur du projet OGLE.
Le portrait-robot de l'exilée
La planète, sans nom pour le moment affiche une masse équivalente à celle de Saturne, soit environ 95 fois celle de la Terre. Un gabarit assez conséquent, qui donne par ailleurs un indice précieux sur son passé mouvementé. Pour l'équipe de chercheurs, une telle masse suggère qu'elle est née de façon conventionnelle, (comprenez : au sein d'un disque protoplanétaire), avant d'être violemment catapultée et condamnée à errer toute seule.
Un phénomène qui a certainement été provoqué par de violentes perturbations gravitationnelles avec d'autres planètes, ou le passage perturbateur d'une étoile voisine. Comme Saturne ou Jupiter, c'est une géante gazeuse, un monde de glace et de gaz sans surface solide.
Si nous avons réussi à peser ce fantôme avec des instruments (comme Gaia) qui n'étaient pas initialement conçus pour cette tâche, l'avenir s'annonce radieux pour les traqueurs de mondes orphelins. L'arrivée prochaine du télescope spatial Nancy Grace Roman de la NASA, prévue pour 2027, nous permettra probablement d'en repérer énormément. Équipé d'un miroir aussi puissant que celui de Hubble mais avec un champ de vision 100 fois plus large, il a été spécialement conçu pour automatiser cette chasse à grande échelle. Peut-être découvrirons nous alors des milliards d'autres planètes esseulées comme celle-ci, qui attendaient d'être comptées, confirmant ainsi ce que l'on soupçonnait depuis un quart de siècle : que ces planètes soient en réalité la population dominante de notre galaxie.
Source : Discover Magazine
