Samedi-sciences (10): double lever de soleil sur la planète Kepler-16b

Kepler-16b n'est pas la planète la plus hospitalière du cosmos, mais c'est l'une des plus intéressantes : ses habitants, s'ils existaient, verraient deux soleils se lever chaque matin ! A l'instar de Luke Skywalker, le personnage principal de la série Star War, qui vit sur la planète Tatooine (ou Tatouïne), éclairée par une étoile double. A cela près que Tatooine est chaude et ensoleillée - son nom dérive de celui du désert tunisien de Tataouine, où Georges Lucas a tourné certaines scènes du film La Guerre des étoiles sorti en 1977. Kepler-16b, elle, est glaciale et enveloppé d'épais nuages gazeux. Elle ressemble plus à Saturne qu'à la Tunisie, et elle est trop froide pour que les astronomes espèrent y découvrir une forme de vie extra-terrestre. Leur intérêt pour cet objet est exclusivement scientifique. Encore que, dans cette histoire de planète à deux soleils, la science et la fiction se télescopent - si l'on ose écrire…

Vue artistique du double lever de soleil sur la planète Kepler-16b © NASA/JPL-Caltech/T.Pyle Vue artistique du double lever de soleil sur la planète Kepler-16b © NASA/JPL-Caltech/T.Pyle

Kepler-16b vient d'être découverte par une équipe internationale d'astronomes dirigée par Laurance Doyle, du SETI Institute, en Californie, à partir de données provenant du télescope spatial Kepler de la Nasa (la découverte est présentée sur le site de la Nasa). Ce télescope de 0,95 mètre a été conçu pour observer la luminosité d'un ensemble de 155.000 étoiles de notre galaxie, situées entre la constellation du Cygne et celle de la Lyre. Le télescope Kepler détecte la moindre variation d'éclat de ces étoiles, et de nombreux scientifiques épluchent constamment les données livrées par l'engin, à la recherche d'une trouvaille prometteuse. Entendons par là une étoile susceptible d'être entourée d'une ou plusieurs planètes dont les caractéristiques ressemblent suffisamment à celles de la Terre pour qu'on puisse espérer qu'elle soit habitable. Ce n'est pas le cas de Kepler-16b, mais elle mérite l'attention à un autre titre : c'est la première planète «circumbinaire» identifiée avec certitude, du moins en-dehors de l'univers de la science-fiction. Située à environ 200 années-lumière de notre système solaire, elle parcourt en 229 jours une orbite presque circulaire autour d'un système formé de deux petites étoiles, dont la plus grosse a environ deux tiers de la masse de notre Soleil, tandis que l'autre est cinq fois plus petite. Un tel système est constitué de deux étoiles qui orbitent ensemble autour d'un centre de gravité commun, selon un ballet géométrique illustré par l'animation ci-dessous (cliquer sur l'image pour la mettre en mouvement) :

Animation montrant l'orbite d'une d'étoile binaire © Zhatt Animation montrant l'orbite d'une d'étoile binaire © Zhatt

 

Imaginons que, depuis la Terre, on observe les mouvements des deux étoiles «par la tranche». Lorsque l'une des étoiles passe devant l'autre, elle masque sa compagne, en partie ou totalement selon qu'elle est plus grande ou plus petite. Il en résulte une éclipse plus ou moins importante qui provoque une baisse de luminosité. En analysant ces éclipses périodiques, les astronomes ont pu conclure que le système Kepler-16 était formé d'une étoile plus grosse désignée par la lettre A, et d'une plus petite. Lorsque A est éclipsée par B, le flux lumineux qui parvient au télescope baisse de 13% ; lorsque c'est A qui masque B, le flux baisse seulement de 1,6% du fait que B est plus petite et moins brillante. Le système des deux étoiles a une périodicité de 41 jours.

Laurance Doyle et ses collègues ont découvert un troisième type d'éclipse, qui n'est pas dû au fait qu'une étoile cache l'autre et ne peut s'expliquer que par la présence d'un troisième corps. Les baisses de luminosité provoquées par ce troisième corps se reproduise à des intervalles de temps irréguliers ; cela indique que les étoiles se trouvent à des positions différentes sur leur orbite à chaque passage du troisième corps. La seule explication possible est que l'orbite du troisième corps, la planète, passe autour des deux étoiles et pas seulement d'une d'entre elles : c'est une orbite circumbinaire.

Vue artistique d'une éclipse provoquée par la planète Kepler-16b Vue artistique d'une éclipse provoquée par la planète Kepler-16b

L'intensité des éclipses et leur périodicité permet de déduire la taille probable des trois corps. D'après les calculs des astronomes, l'étoile A doit avoir environ 69% de la masse du Soleil et B seulement un cinquième de la masse solaire, tandis que la planète serait de la taille de Saturne - mais plus dense. L'orbite de la planète se trouve presque exactement dans le même plan de celles des deux étoiles, ce qui suggère que la planète se serait formée en même temps que ses deux soleils, à partir d'un disque de poussières lui-même en orbite circumbinaire.

D'autres systèmes stellaires observés antérieurement ont été présenté comme de bons candidats pour posséder une planète circumbinaire, mais Kepler-16 est le premier dans lequel les astronomes ont détecté directement la mini-éclipse provoquée par le passage de la planète devant une étoile. Ce système Kepler-16 intéresse aussi les astronomes parce que les deux étoiles qui le forment sont petites, et qu'il est rare de pouvoir mesurer aussi précisément la masse et le rayon d'étoiles de cette taille.

Quant à la planète, si son intérêt scientifique est immense, on peut douter de son intérêt touristique, du moins dans un avenir prévisible. En effet, sa température moyenne se situe autour de - 100°C, avec des variations saisonnières de l'ordre de 30°. Ce n'est sans doute pas l'endroit que l'on peut conseiller à Luke Skywalker pour prendre sa retraite, lorsqu'il se sera lassé des sables de Tatooine...

 

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