Des astrophysiciens révèlent le rôle de l’évolution des étoiles binaires dans l’origine d’une planète rétrograde

La plupart des étoiles de l’Univers existent dans des systèmes binaires ou à étoiles multiples, où la présence d’étoiles compagnes proches peut influencer notablement la formation et la stabilité orbitale des planètes autour de l’une des étoiles. Une équipe internationale d’astrophysiciens, impliquant des scientifiques de l’institut de planétologie et d’Astrophysique de Grenoble (IPAG-OSUG, CNRS/UGA), dirigée par le professeur Man Hoi LEE, du département des sciences de la terre et du département de physique de l’université de Hong Kong (HKU), et par M. Ho Wan CHENG, étudiant dans son équipe, a confirmé l’existence d’une planète sur une orbite rétrograde (se déplaçant dans la direction opposée à l’orbite de la binaire) dans le système stellaire binaire nu Octantis et a ainsi révélé le rôle de l’évolution de l’étoile binaire dans l’origine de cette planète. Cette découverte a été publiée dans la revue Nature [1].

nu Octantis est un système stellaire binaire serré comprenant une étoile primaire sous-géante, nu Oct A, dont la masse est environ 1,6 fois celle du Soleil, et une étoile secondaire, nu Oct B, dont la masse est environ 0,5 fois celle du Soleil. Les deux étoiles orbitent l’une autour de l’autre avec une période de 1 050 jours. En 2004, un signal périodique a été signalé dans les observations de vitesse radiale de ce système (mesures de la façon dont une étoile se rapproche ou s’éloigne de nous), correspondant à la présence d’une planète jovienne d’environ deux fois la masse de Jupiter orbitant autour de l’étoile primaire, nu Oct A, avec une période d’environ 400 jours.

Cependant, l’existence de cette planète a été controversée car son orbite serait si large qu’elle ne peut rester stable que si elle est rétrograde et se déplace dans la direction opposée à l’orbite de la binaire. Il n’existe aucun précédent observationnel pour une telle planète et de solides arguments théoriques s’opposent à sa formation. Pour trancher le débat, l’équipe de recherche a obtenu de nouvelles observations de vitesse radiale de haute précision avec le spectrographe HARPS de l’Observatoire européen austral (ESO), qui ont confirmé l’existence du signal de la planète.

Un autre point clé de cette nouvelle étude a été la détermination de la nature de l’étoile secondaire nu Oct B. La masse de nu Oct B suggère qu’il pourrait s’agir d’une étoile de faible masse de la séquence principale ou d’une naine blanche. Pour identifier le type d’étoile nu Oct B, l’équipe de recherche a utilisé l’instrument d’imagerie à optique adaptative SPHERE du Very Large Telescope de l’ESO pour observer le système. Le fait que nu Oct B n’ait pas été détecté lors de ces observations indique qu’il doit s’agir d’une naine blanche très peu lumineuse. Cela suggère que le système binaire a évolué de manière significative depuis sa formation, puisque nu Oct B a déjà éjecté la majeure partie de sa masse et est entré dans la phase finale de son évolution stellaire.

L’analyse a ainsi permis aux auteurices de découvrir que le système est âgé d’environ 2,9 milliards d’années et que nu Oct B avait initialement une masse d’environ 2,4 fois celle du Soleil et s’est transformé en naine blanche il y a environ 2 milliards d’années : la planète n’a pas pu se former autour de nu Oct A en même temps que les étoiles. Lorsque nu Oct B s’est transformée en naine blanche il y a environ 2 milliards d’années, la planète a pu se former dans un disque rétrograde de matière autour de nu Oct A, accrétée à partir de la masse éjectée par nu Oct B, ou elle a pu être capturée à partir d’une orbite prograde autour de la binaire dans une orbite rétrograde autour de nu Oct A.

Avec ce système, nous pourrions assister au premier cas convaincant d’une planète de deuxième génération, soit capturée, soit formée à partir de matière expulsée par nu Oct B, qui a perdu plus de 75 % de sa masse primordiale pour devenir une naine blanche.

Référence

Ho Wan Cheng, Trifon Trifonov, Man Hoi Lee, Faustine Cantalloube, Sabine Reffert, David Ramm, and Andreas Quirrenbach. A retrograde planet in a tight binary star system with a white dwarf. Nature 2025.
DOI : https://doi.org/10.1038/s41586-025-09006-x