août 16, 2022

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La sous-planète Neptune orbite dans la « zone habitable » d’une étoile naine rouge

Vue d’artiste de planètes en orbite autour d’une naine rouge. Crédit : Mark Garlick

LED Université de Berne, une équipe de recherche internationale a découvert une sous-composanteNeptune planète extrasolaire Il orbite autour d’une étoile naine rouge. La découverte a également été faite grâce aux observations faites par l’observatoire SAINT-EX au Mexique. SAINT-EX est exploité par un consortium qui comprend le Center for Space and Habitat (CSH) de l’Université de Berne et le National Center for Competence in Research by NCCR PlanetS.

Les naines rouges sont de petites étoiles, et donc plus froides que notre Soleil. Autour d’étoiles comme celles-ci, l’eau liquide est possible sur des planètes plus proches de l’étoile que dans notre propre système solaire. La distance entre une exoplanète et son étoile est un facteur déterminant dans sa découverte : plus une planète est proche de son étoile hôte, plus elle a de chances d’être détectée.

Dans une étude récemment publiée dans la revue, Astronomie et astrophysiqueDans cette étude, des chercheurs dirigés par le Dr Nicole Chanch du Centre CSH pour l’espace et l’habitat de l’Université de Berne rapportent la découverte d’une exoplanète TOI-2257 b en orbite autour d’une naine rouge à proximité. Nicole Schanci est également membre du Centre national de compétence en recherche planétaire, qui est dirigé par l’Université de Berne avec l’Université de Genève.

Un télescope spécial fait partie de la solution

Les exoplanètes trop éloignées de notre système solaire ne peuvent pas être observées directement avec un télescope – elles sont trop petites et réfléchissent très peu de lumière. Cependant, l’un des moyens de découvrir ces planètes est la méthode du transit. Cela implique d’utiliser des télescopes pour rechercher les baisses de luminosité d’une étoile qui se produisent lorsque des planètes passent devant l’étoile. Des observations répétées des baisses de luminosité de l’étoile donnent des mesures précises du cycle orbital de la planète autour de l’étoile, et la profondeur de transit permet aux chercheurs de déterminer le diamètre de la planète. Lorsqu’elle est combinée avec des estimations de la masse d’une planète à partir d’autres méthodes, telles que l’utilisation de mesures de vitesse radiale, la densité d’une planète peut être calculée.

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La planète TOI-2257 b a été initialement identifiée avec des données de NasaSatellite d’étude des exoplanètes en transit bouc télescope spatial. La jeune étoile a été observée pendant quatre mois, mais les écarts entre les observations signifiaient qu’il n’était pas clair si la diminution de la luminosité pouvait s’expliquer par les transits d’une planète avec une orbite de 176, 88, 59, 44 ou 35 jours.

Télescope SAINT-EX

L’observatoire SAINT-EX est une installation entièrement automatisée qui abrite un télescope d’un mètre et est basée au Mexique. Crédit : Institut d’Astronomie, UNAM / E. Cadena

L’observation de l’étoile avec le télescope mondial de l’observatoire de Las Cumbres a ensuite exclu la possibilité que la planète avec une période orbitale de 59 jours ait causé la diminution de la luminosité. « Ensuite, nous voulions voir si une période orbitale de 35 jours était possible », explique Nicole Shanshi.

Le télescope SAINT-EX basé au Mexique, en collaboration avec le CSH et le NCCR PlanetS, a été conçu dans le but d’étudier plus en détail les naines rouges et leurs planètes. SAINT-EX est l’acronyme de Search and Characterization of Transiting Exoplanets. Le projet est nommé en l’honneur d’Antoine de Saint-Exupéry (Saint X), le célèbre écrivain, poète et aviateur. SAINT-EX a observé un transit partiel de TOI-2257 b et a pu confirmer la période orbitale exacte de l’exoplanète autour de son étoile, 35 jours. « Au bout de 35 jours supplémentaires, SAINT-EX a pu surveiller l’ensemble du transit, ce qui nous a donné plus d’informations sur les caractéristiques du système », explique le co-auteur Robert Wells de CSH, qui a participé au traitement des données.

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Une planète tempérée à orbite irrégulière

Avec une période orbitale de 35 jours, TOI-2257 b tourne autour de l’étoile hôte à une distance à laquelle l’eau liquide est possible sur la planète, et donc des conditions favorables à l’émergence de la vie peuvent exister. Les planètes situées dans la zone dite « habitable » à proximité d’une petite naine rouge sont faciles à étudier car leurs périodes d’orbite sont plus courtes et peuvent donc être observées plus souvent. Le rayon de TOI-2257 b (2,2 fois plus grand que la Terre) indique que la planète est plutôt gazeuse, avec une pression atmosphérique élevée non propice à la vie.

TIS TOI-2257

Fichiers de pixels cibles TESS pour les secteurs 14, 20, 21 et 26 observés par TOI-2257, qui ont été générés par tpfplotter (Aller et al. 2020). Les emplacements utilisés pour l’extraction photométrique par le pipeline SPOC sont indiqués sous forme de régions ombrées en rouge. Le catalogue Gaia DR2 (Gaia Collaboration 2018) est tracé de manière exagérée, avec toutes les sources jusqu’à 6 magnitudes contrairement au TOI-2257 indiqué par des cercles rouges. On note que la taille du symbole est proportionnelle à la variance de taille. Alors que l’étoile est relativement isolée, il y a une petite quantité de pollution provenant de sources externes, allant de 2 à 5 % du flux total. Crédit : DOI : 10.1051 / 0004-6361 / 202142280

« Nous avons découvert que TOI-2257 b n’a pas d’orbite circulaire et concentrique », explique Nicole Shansch. En fait, c’est la planète la plus exotique en orbite autour d’une étoile froide jamais découverte. « En termes d’habitabilité, c’est une mauvaise nouvelle », poursuit Nicole Shanchy. « Alors que la température moyenne de la planète est confortable, elle varie de -80 degrés Celsius à environ 100 degrés Celsius selon l’endroit où se trouve la planète sur son orbite, loin ou près de l’étoile. » Une explication possible de cette orbite surprenante est qu’une planète géante dans le système se cache et perturbe l’orbite de TOI 2257 b. Des observations supplémentaires mesurant la vitesse radiale de l’étoile aideront à confirmer l’excentricité centrale et à rechercher d’éventuelles planètes supplémentaires qui ne peuvent pas être observées pendant les transits.

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Filtre pour la surveillance avec JWST

Le télescope spatial James Webb (JWST), lancé avec succès le 25 décembre, va révolutionner la recherche de l’atmosphère des exoplanètes. Afin de prioriser les bons candidats pour les observations utilisant JWST, un spectrophotomètre à transmission (TSM) qui classe diverses propriétés du système a été développé. Le TOI-2257 b est bien positionné par rapport à TSM et est l’une des sous-cibles les plus attrayantes de Neptune pour d’autres observations. « En particulier, la planète peut être étudiée pour des signes de caractéristiques telles que la vapeur d’eau dans l’atmosphère », conclut Nicole Shansh.

Référence : « TOI-2257 b : Le sous-Neptune excentrique à longue portée passe à travers un nain M voisin » par N. Schanche, FJ Pozuelos, MN Günther, RD Wells, AJ Burgasser, P. Chinchilla, L. Delrez et E. Ducrot, LJ Garcia, Y. Gómez, Maqueo Chew, E. Jofré, BV Rackham, D. Sebastian, KG Stassun, D. Stern, M. Timmermans, K. Barkaoui, A. Belinski, Z. Benkhaldoun, W. Benz, A. Perilla, F. Boshi, A., Bordanov, D. ; Charbonneau, J.L. Christiansen, CA Collins, B.-O. Démore, M.; Devora Bagaris, v. De Witt, Dr ; Dragomir, ch. Dansfield, E. Forlan, M. Gaschoy, M. Gillon, C. Jenelka, M.A. K. Heng, CE Henze, K. Hesse, SB Howell, E. Jehin, J. Jenkins, EN Jensen, M. Kunimoto, DW Latham, K. Lester, K. McLeod, I.Mireles, CA Murray, P. Niraula , PP Pedersen, D. Queloz, EV Quintana, G. Ricker, A. Rudat, L. Sabin, B. Safonov, U. Schroffenegger, N. Scott, S. Seager, I. Strakhov, AHMJ Triaud, R. Vanderspek, M Fizzy et Ji Wen, 7 janvier 2022, disponible ici. Astronomie et astrophysique.
DOI : 10.1051 / 0004-6361 / 202142280