Découverte d'une planète autour de l'étoile la plus proche du soleil

Les astronomes ont utilisé le télescope spatial James Webb de la NASA pour trouver des preuves solides de l’existence d’une planète en orbite autour d’une étoile dans le système triple le plus proche de notre Soleil. Situé à seulement 4 années-lumière de la Terre, le système stellaire Alpha Centauri est depuis longtemps une cible de choix dans la recherche de mondes au-delà de notre système solaire, appelés exoplanètes.

Ce système est composé d’une paire d’étoiles proches en orbite, Alpha Centauri A et Alpha Centauri B, les deux étoiles les plus proches du Soleil, ainsi que de la faible étoile naine rouge Proxima Centauri. Alors que trois planètes en orbite autour de Proxima Centauri ont été confirmées, la présence d’autres mondes autour des étoiles jumelles Alpha Centauri A et Alpha Centauri B, similaires au Soleil, s’est avérée difficile à confirmer.

Aujourd’hui, les observations de Webb à l’aide de son instrument MIRI (Mid-Infrared Instrument) fournissent les preuves les plus solides à ce jour de l’existence d’une planète géante gazeuse en orbite dans la zone habitable d’Alpha Centauri A. (L’instrument MIRI a été développé en partie par le Jet Propulsion Laboratory [JPL], qui est géré par Caltech pour le compte de la NASA). La zone habitable est la région autour d’une étoile où les températures pourraient être propices à la formation d’eau liquide à la surface d’une planète.

Si cela se confirme, cette planète serait la plus proche de la Terre à orbiter dans la zone habitable d’une étoile semblable au Soleil. Cependant, comme la planète candidate est une géante gazeuse, les scientifiques affirment qu’elle ne pourrait pas abriter la vie telle que nous la connaissons.

Les résultats sont présentés dans deux articles acceptés pour publication dans The Astrophysical Journal Letters. L’étude a été codirigée par Aniket Sanghi, étudiant diplômé du Caltech, et Charles (Chas) Beichman, directeur exécutif du NASA Exoplanet Science Institute au centre d’astronomie IPAC du Caltech et scientifique senior au JPL. M. Sanghi a travaillé sur le projet avec son conseiller et coauteur de l’étude, Dimitri Mawet, professeur d’astronomie David Morrisroe au Caltech et chercheur scientifique senior au JPL.

« Ce système étant si proche de nous, toute exoplanète découverte offrirait une occasion unique de collecter des données sur des systèmes planétaires autres que le nôtre. Cependant, ces observations sont extrêmement difficiles à réaliser, même avec le télescope spatial le plus puissant au monde, car ces étoiles sont très brillantes, proches et se déplacent rapidement dans le ciel », explique Charles Beichman.

Plusieurs séries d’observations méticuleusement planifiées par Webb, une analyse minutieuse par l’équipe de recherche et une modélisation informatique approfondie ont permis de déterminer que la source visible sur l’image de Webb est probablement une planète, et non un objet en arrière-plan (comme une galaxie), un objet au premier plan (un astéroïde de passage) ou un autre artefact du détecteur ou de l’image.

Les premières observations du système ont eu lieu en août 2024, à l’aide du masque coronographique embarqué à bord du MIRI pour bloquer la lumière d’Alpha Centauri A. Bien que la luminosité supplémentaire de l’étoile compagnon voisine Alpha Centauri B ait compliqué l’analyse, l’équipe a réussi à soustraire la lumière des deux étoiles pour révéler un objet plus de 10 000 fois plus faible qu’Alpha Centauri A, séparé de l’étoile par une distance environ deux fois supérieure à celle entre le Soleil et la Terre.

Cette image montre le système stellaire Alpha Centauri à partir de plusieurs observatoires terrestres et spatiaux différents : le Digitized Sky Survey (DSS), le télescope spatial Hubble de la NASA et le télescope spatial James Webb de la NASA. L'image prise au sol par DSS montre le triple système comme une seule source de lumière, tandis que Hubble distingue les deux étoiles semblables au Soleil dans le système, Alpha Centauri A et Alpha Centauri B. L'image prise par l'instrument MIRI (Mid-Infrared Instrument) de Webb, qui utilise un masque coronographique pour bloquer l'éclat lumineux d'Alpha Centauri A, révèle une planète potentielle en orbite autour de l'étoile. — Cette image montre le système stellaire Alpha Centauri à partir de plusieurs observatoires terrestres et spatiaux différents : le Digitized Sky Survey (DSS), le télescope spatial Hubble de la NASA et le télescope spatial James Webb de la NASA. L’image prise au sol par DSS montre le triple système comme une seule source de lumière, tandis que Hubble distingue les deux étoiles semblables au Soleil dans le système, Alpha Centauri A et Alpha Centauri B. L’image prise par l’instrument MIRI (Mid-Infrared Instrument) de Webb, qui utilise un masque coronographique pour bloquer l’éclat lumineux d’Alpha Centauri A, révèle une planète potentielle en orbite autour de l’étoile. Crédit : NASA, ESA, CSA, STScI, DSS, A. Sanghi (Caltech), C. Beichman (JPL), D. Mawet (Caltech) ; Traitement de l’image : J. DePasquale (STScI)

Bien que la détection initiale ait été passionnante, l’équipe de recherche avait besoin de plus de données pour parvenir à une conclusion définitive. Cependant, des observations supplémentaires du système en février 2025 et avril 2025 (à l’aide du temps discrétionnaire du directeur)
n’ont révélé aucun objet similaire à celui identifié en août 2024.

« Nous sommes confrontés à un cas de planète disparue ! Pour enquêter sur ce mystère, nous avons utilisé des modèles informatiques pour simuler des millions d’orbites potentielles, en intégrant les connaissances acquises lorsque nous avons vu la planète, ainsi que lorsque nous ne l’avons pas vue », a indiqué Aniket Sanghi, doctorant à Caltech à Pasadena, en Californie. Sanghi est co-auteur principal des deux articles couvrant les recherches de l’équipe.

Dans ces simulations, l’équipe a pris en compte à la fois l’observation en 2019 de la candidate exoplanète potentielle par le Very Large Telescope de l’Observatoire européen austral,
les nouvelles données de Webb, et a examiné les orbites qui seraient gravitationnellement stables en présence d’Alpha Centauri B, ce qui signifie que la planète ne serait pas éjectée du système.

Cette image en trois panneaux capture la recherche observationnelle menée par le télescope spatial James Webb de la NASA pour trouver une planète autour de l'étoile la plus proche du Soleil, Alpha Centauri A. L'image initiale montre l'éblouissement lumineux d'Alpha Centauri A et d'Alpha Centauri B, puis le panneau central montre le système avec un masque coronographique placé sur Alpha Centauri A pour bloquer son éblouissement lumineux. Cependant, la façon dont la lumière se courbe autour des bords du coronographe crée des ondulations lumineuses dans l'espace environnant. L'optique du télescope (ses miroirs et ses structures de support) provoque une interférence de la lumière avec elle-même, produisant des motifs circulaires et rayonnants. Ces motifs lumineux complexes, associés à la lumière provenant de l'étoile voisine Alpha Centauri B, rendent extrêmement difficile la détection de planètes faibles. Dans le panneau de droite, les astronomes ont soustrait les motifs connus (à l'aide d'images de référence et d'algorithmes) afin de nettoyer l'image et de révéler des sources faibles telles que la planète candidate — Cette image en trois panneaux capture la recherche observationnelle menée par le télescope spatial James Webb de la NASA pour trouver une planète autour de l’étoile la plus proche du Soleil, Alpha Centauri A. L’image initiale montre l’éblouissement lumineux d’Alpha Centauri A et d’Alpha Centauri B, puis le panneau central montre le système avec un masque coronographique placé sur Alpha Centauri A pour bloquer son éblouissement lumineux. Cependant, la façon dont la lumière se courbe autour des bords du coronographe crée des ondulations lumineuses dans l’espace environnant. L’optique du télescope (ses miroirs et ses structures de support) provoque une interférence de la lumière avec elle-même, produisant des motifs circulaires et rayonnants. Ces motifs lumineux complexes, associés à la lumière provenant de l’étoile voisine Alpha Centauri B, rendent extrêmement difficile la détection de planètes faibles. Dans le panneau de droite, les astronomes ont soustrait les motifs connus (à l’aide d’images de référence et d’algorithmes) afin de nettoyer l’image et de révéler des sources faibles telles que la planète candidate. Crédit : NASA, ESA, CSA, STScI, A. Sanghi (Caltech), C. Beichman (JPL), D. Mawet (Caltech) ; traitement de l’image : J. DePasquale (STScI)

Les chercheurs affirment que l’absence de détection lors des deuxième et troisième séries d’observations avec Webb n’est pas surprenante.

« Nous avons constaté que dans la moitié des orbites possibles simulées, la planète se rapprochait trop de l’étoile et n’aurait pas été visible par Webb en février et avril 2025 », a déclaré Sanghi.

D’après la luminosité de la planète observée dans l’infrarouge moyen et les simulations d’orbite, les chercheurs pensent qu’il pourrait s’agir d’une géante gazeuse d’une masse similaire à celle de Saturne, orbitant autour d’Alpha Centauri A sur une trajectoire elliptique variant entre 1 et 2 fois la distance entre le Soleil et la Terre.

« Si cela se confirme, la planète potentielle observée sur l’image d’Alpha Centauri A prise par Webb marquerait une nouvelle étape importante dans l’imagerie des exoplanètes », ajoute Sanghi. « Parmi toutes les planètes directement observées, celle-ci serait la plus proche de son étoile jamais vue jusqu’à présent. Elle est également la plus similaire en termes de température et d’âge aux planètes géantes de notre système solaire, et la plus proche de notre planète, la Terre », ajoute-t-il. « Son existence même dans un système de deux étoiles très proches remettrait en question notre compréhension de la formation, de la survie et de l’évolution des planètes dans des environnements chaotiques. »

Si elles sont confirmées par des observations supplémentaires, les conclusions de l’équipe pourraient transformer l’avenir de la science des exoplanètes.

« Cela deviendrait un objet de référence pour la science des exoplanètes, offrant de multiples possibilités de caractérisation détaillée par Webb et d’autres observatoires », a déclaré M. Beichman.

Par exemple, le télescope spatial Nancy Grace Roman de la NASA, dont le lancement est prévu d’ici mai 2027 et potentiellement dès l’automne 2026, est équipé d’un matériel dédié qui permettra de tester de nouvelles technologies pour observer des systèmes binaires comme Alpha Centauri à la recherche d’autres mondes. Les données en lumière visible de Roman compléteraient les observations infrarouges de Webb, fournissant des informations uniques sur la taille et la réflectivité de la planète.

Source : Caltech

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