Découverte d’un nouveau système planétaire voisin de notre système solaire

Une équipe de recherche internationale, co-pilotée par des scientifiques de l’Institut de planétologie et d’astrophysique de Grenoble (IPAG-OSUG - CNRS/UGA), l’Institut de recherche en astrophysique et planétologie de Toulouse, le Laboratoire d’astrophysique de Marseille et l’Université de Montréal a découvert une nouvelle planète autour de l’étoile DS Leo située à 40 années-lumière de notre soleil dans la constellation du Lion. Cette découverte a été faite à l’aide du spectropolarimètre SPIRou, installé sur le télescope Canada-France-Hawai’i au sommet du volcan Maunakea et du spectrographe SOPHIE de l’Observatoire de Haute Provence.

Le voisinage de notre système solaire est constitué majoritairement d’étoiles petites et froides, comparées à notre soleil, appelées les naines rouges. Leur faible luminosité rend difficile la détection des exoplanètes qui tournent autour de ces petites étoiles. Elles ont également tendance à avoir des planètes de masse plus modeste, donc plus difficiles à mettre en évidence. Ces planètes de faible masse, proches et orbitant autour de naines rouges, sont passionnantes, car ce sont les premières pour lesquelles il sera possible d’explorer la composition de leurs atmosphères.

Au moins une nouvelle planète découverte

À l’aide de visites répétées sur plusieurs années, la lumière de l’étoile DS Leo a parlé : les mesures de vitesse effectuées à la fois avec le spectropolarimètre et vélocimètre SPIRou monté sur le télescope Canada-France-Hawai’i et avec le vélocimètre SOPHIE à l’Observatoire de Haute Provence ont permis la mise en évidence de mouvements périodiques qui est dû à la présence au moins d’une planète (DS Leo b) possédant une période orbitale de six jours et une masse de dix fois celle de la Terre.

À partir des séries de mesures, les scientifiques procèdent ensuite à des tests statistiques qui révèlent le degré de confiance qu’ils accordent à ces découvertes. La détection de DS Leo b est considérée comme certaine. Mais deux autres planètes pourraient être présentes à 3 et 18.7 jours de période orbitale, ce qui ferait du système de DS Leo un ensemble compact et résonant de planètes de petite masse. Des mesures supplémentaires sont nécessaires pour confirmer ces deux planètes supplémentaires.

Que sait-on de cette planète ?

La période orbitale de DS Leo b étant de six jours, elle reçoit 20 fois plus de chaleur de son étoile que la Terre du Soleil et sa température d’équilibre pourrait être d’environ 300°C. La planète pourrait ressembler à Neptune, en beaucoup plus chaud !

Les scientifiques savent également que cette planète doit être soumise à de fortes et fréquentes éruptions de son étoile : les naines rouges sont en effet connues pour posséder un champ magnétique très actif. DS Leo, deux fois moins massive que le Soleil, est une étoile relativement jeune (500 millions d’années) et les mesures SPIRou confirment un champ magnétique 100 fois plus intense que celui de notre soleil. Les conséquences pour les planètes peuvent être une érosion de leur atmosphère.

Cette nouvelle découverte illustre, une fois encore, l’immense diversité des mondes et l’infinie richesse de leur étude. La découverte de planètes autour d’étoiles si actives et éruptives que DS Leo est cruciale pour comprendre l’évolution des planètes. Ces planètes étaient très difficiles à détecter tant que les mesures de vitesse des étoiles se faisaient uniquement dans l’optique, l’activité stellaire troublant la mesure. SPIRou travaillant dans l’infrarouge il permet une nouvelle fenêtre d’observation plus stable, et c’est le cumul de ses mesures avec celles de SOPHIE qui permet cette détection difficile.

La découverte d’exoplanètes est un intense travail d’équipe, déployé de la conception d’un instrument à son opération et à l’analyse avancée de ses données. Ces découvertes ont également été rendues possibles grâce à l’incomparable qualité du ciel au sommet du volcan Maunakea, où le télescope Canada-France-Hawai’i est installé, équipé de l’instrument SPIRou et au développement effectué à l’observatoire de Haute Provence d’où observe le spectrographe SOPHIE. Le Maunakea est une montagne d’importance culturelle, naturelle et écologique et reconnue sacrée par les natifs Hawaiiens ou Kānaka ʻŌiwi.

À propos de l’utilisation combinée de SPIRou et SOPHIE

SPIRou, un spectrographe qui opère dans le domaine spectral infrarouge depuis le télescope Canada-France-Hawai’i, est plus sensible à la lumière de ces étoiles que les instruments optiques ordinaires. Il est à la fois un spectrographe échelle à haute résolution spectrale, un vélocimètre à haute précision et un spectropolarimètre qui opère dans les longueurs d’onde infrarouge. Ces caractéristiques font de lui l’instrument idéal pour observer les naines rouges et étudier en même temps leurs cortèges de planètes et les propriétés de leur champ magnétique. Ces caractéristiques font de lui l’instrument idéal pour observer les naines rouges et étudier en même temps leurs cortèges de planètes et les propriétés de leur champ magnétique.

SOPHIE est le spectrographe à haute-résolution installé au télescope de 193cm à l’Observatoire de Haute-Provence. Il opère dans le visible avec une précision au m/s depuis plus de 10 ans. En observant la même étoile avec ces deux spectrographes. En observant la même étoile avec ces des spectrographes les scientifiques peuvent distinguer la signature d’une planète (la même vue avec les deux spectrographes) d’un effet seulement dû à l’étoile (qui donnera un signal variable d’un instrument à l’autre). SPIRou a été construit grâce à des financements de nombreux partenaires, incluant pour la France : l’initiative IDEX de l’Université fédérale de Toulouse Midi-Pyrénées, l’Université Paul Sabatier, l’Université Grenoble-Alpes, le Labex OSUG@2020, le programme DIM-ACAV de la région Ile de France, l’initiative MIDEX de Aix-Marseille Université et l’INSU/CNRS.

Les observations ont été conduites dans le cadre du SPIRou Legacy Survey, un programme franco-canadien totalisant plus de 300 nuits sur 3 ans et d’un très grand programme mené sur SOPHIE depuis plus de 10 ans.

Référence

Characterizing planetary systems with SPIRou : Detection of a sub-Neptune in a 6 day period orbit around the M dwarf Gl 410, A. Carmona, X. Delfosse et al., A&A, 4 April 2025. DOI : arXiv:2504.03572

Cet article a été publié par l’UGA.