Un système solaire aux orbites très surprenantes

Selon les théories sur l’origine des systèmes planétaires, les planètes se forment dans le plan équatorial de leur étoile et y poursuivent leur évolution. C’est ce que l’on peut notamment observer dans notre propre système solaire où toutes les planètes sont proches de ce plan et sont donc dites «alignées avec leur étoile». Mais des éléments perturbateurs d’une telle ordonnance ne sont pas exclus.

En 2019, une étude a trouvé que deux des trois planètes autour de l’étoile HD3167 ne sont pas alignées avec elle. HD3167c et HD3167d, deux mini-Neptunes qui orbitent en 8,5 et 29,8 jours, passent en effet au-dessus des pôles de l’étoile, à près de 90 degrés de son plan équatorial. Mais qu’en est-il de la troisième?

Une équipe d’astronomes dirigée par l’Université de Genève (UNIGE) a réexaminé avec des outils plus performants ce système qui se situe dans la constellation du Poisson. Lorsqu’une planète transite son étoile (passe entre elle et nous), l’orientation de son orbite peut être déterminée avec un spectrographe, qui permet de mesurer le mouvement des régions stellaires occultées par la planète et ainsi en déduire sa trajectoire. Plus la planète est petite, plus ce mouvement est difficile à détecter. Les astronomes ont donc utilisé le spectrographe ESPRESSO et l’un des quatre télescopes du VLT au Chili pour déterminer l’orbite de cette troisième planète, appelée HD3167b.

Encore fallait-il savoir à quel moment elle passait devant son étoile. Jusqu’à présent, ce moment n’était connu qu’avec une précision de 20 minutes, ce qui est très vague pour un transit qui dure 97 minutes. Les astronomes se sont donc tournés vers le consortium du satellite CHEOPS, dont la mission principale est justement de mesurer les transits avec une très haute précision. «CHEOPS nous a permis de connaître le moment du transit avec une précision inférieure à la minute. C’est une bonne illustration de la synergie qu’il peut y avoir entre différents instruments, ici CHEOPS et ESPRESSO, et les équipes qui les exploitent», relève Christophe Lovis, chercheur au Département d’astronomie de l’UNIGE et membre des deux consortiums. Rappelons que le développement de ces deux instruments a été mené par la Suisse.

Grâce à cela, l’équipe a donc pu déterminer l’orbite de HD3167b, qui ne met que 23 heures pour faire le tour de son étoile et est donc très proche d’elle. Elle est alignée avec cette étoile, donc dans son plan équatorial, comme le montrent les résultats publiés ce mercredi dans Astronomy & Astrophysics. Ce qui signifie que son orbite est perpendiculaire au plan orbital de ses deux congénères! Comment expliquer cela? Une théorie avait déjà été émise en 2019 et semble donc trouver sa confirmation aujourd’hui: il y a certainement un quatrième corps céleste dans ce système. Dans ce scénario, la proximité de HD3167b à son étoile l’a maintenue sous son influence, forçant la petite planète à tourner dans le plan dans lequel elle s’est formée. Tandis que les deux autres, HD3167c et HD3167d, plus lointaines, ont pu se libérer de leur étoile, mais ont subi l’influence de ce quatrième corps, qui aurait progressivement désaligné leurs orbites. Reste maintenant à trouver ce quatrième occupant du système.