Situé à environ 129 années-lumière de la Terre en direction de la constellation de Pégase, se trouve le système stellaire relativement jeune de HR 8799. Début 2008, quatre exoplanètes en orbite ont été découvertes dans ce système qui - aux côtés de l'exoplanète Formalhaut b - ont été les toutes premières à être confirmé en utilisant la technique d'imagerie directe. Et au fil du temps, l'astronome a fini par croire que ces quatre planètes sont en résonance les unes avec les autres.
Dans ce cas, les quatre planètes orbitent autour de leur étoile avec une résonance 1: 2: 4: 8, ce qui signifie que la période orbitale de chaque planète est dans un rapport presque précis avec les autres dans le système. Il s'agit d'un phénomène relativement unique, qui a inspiré un Jason Wang - un étudiant diplômé du bras Berkeley du Nexus for Exoplanet System Science (NExSS) parrainé par la NASA - pour produire une vidéo qui illustre leur danse orbitale.
À l'aide d'images obtenues par le W.M. Observatoire de Keck sur une période de sept ans, la vidéo de Wang donne un aperçu de ces quatre exoplanètes en mouvement. Comme vous pouvez le voir ci-dessous, l'étoile centrale est noircie afin que la lumière réfléchie par ses planètes puisse être vue. Et bien qu'il ne montre pas les planètes achevant une période orbitale complète (ce qui prendrait des décennies et même des siècles), il illustre magnifiquement la résonance qui existe entre les quatre planètes de l'étoile.
Comme Jason Wang l'a déclaré à Space Magazine par e-mail:
«Les données ont été obtenues sur 7 ans à partir d'un des télescopes Keck de 10 mètres par une équipe d'astronomes (Christian Marois, Quinn Konopacky, Bruce Macintosh, Travis Barman et Ben Zuckerman). Christian a réduit chacune des 7 époques de données, pour créer 7 cadres de données. J'ai ensuite fait un film en utilisant une interpolation de mouvement pour interpoler ces 7 images en 100 images pour obtenir une vidéo fluide afin qu'elle ne soit pas saccadée (comme si nous pouvions les observer chaque mois depuis la Terre). »
Les images des quatre exoplanètes ont été capturées à l'origine par le Dr Christian Marois de l'Institut Herzberg d'astrophysique du Conseil national de recherches du Canada. C’est en 2008 que Marois et ses collègues ont découvert les trois premières planètes de HR 8799 - HR 8799 b, c et d - en utilisant une technique d’imagerie directe. À peu près au même moment, une équipe de l'UC Berkeley a annoncé la découverte de Fomalhaut b, utilisant également l'imagerie directe.
Ces planètes ont toutes été déterminées comme étant des géantes gazeuses de taille et de masse similaires, avec entre 1,2 et 1,3 fois la taille de Jupiter et 7 à 10 fois sa masse. Au moment de leur découverte, HR 8799 d était considérée comme la planète la plus proche de son étoile, à une distance d'environ 27 unités astronomiques (AU) - tandis que les deux autres orbites à des distances d'environ 42 et 68 AU, respectivement.
Ce n'est qu'après que l'équipe a réalisé que les planètes avaient déjà été observées en 1998. À l'époque, la caméra infrarouge proche et le spectromètre multi-objets du télescope spatial Hubble (NICMOS) avaient obtenu la lumière du système qui indiquait la présence de planètes. Cependant, cela n'a été précisé qu'après l'installation d'une technique de traitement d'image nouvellement développée. Par conséquent, la «pré-découverte» est passée inaperçue.
De nouvelles observations en 2009 et 2010 ont révélé l'existence de la quatrième planète - HR 8799 e - qui avait une orbite la plaçant à l'intérieur des trois autres. Même ainsi, cette planète est quinze fois plus éloignée de son étoile que la Terre ne l'est du Soleil, ce qui se traduit par une période orbitale d'environ 18 000 jours (49 ans). Les autres mettent environ 112, 225 et 450 ans (respectivement) pour compléter une orbite de HR 8799.
Finalement, Wang a décidé de produire la vidéo (qui n'était pas la première), pour illustrer à quel point la recherche d'exoplanètes peut être passionnante. Comme il l'a dit:
«J'avais écrit cet algorithme d'interpolation de mouvement pour un autre système d'exoplanètes, Beta Pictoris b, où nous voyons une planète sur une orbite frontale qui semble plonger dans son étoile (elle tourne en fait juste devant elle). Nous voulions faire la même chose pour HR 8799 pour donner vie à ce système et partager notre enthousiasme pour l'imagerie directe des exoplanètes. Je pense que c'est assez étonnant que nous ayons la technologie pour regarder d'autres mondes en orbite autour d'autres étoiles. "
De plus, la vidéo attire l'attention sur un système d'étoiles qui présente des opportunités uniques pour la recherche sur les exoplanètes. Étant donné que HR 8799 a été le premier système multi-planétaire à être directement imagé, les astronomes peuvent observer directement les orbites des quatre planètes, observer leurs interactions dynamiques et déterminer comment ils sont arrivés à leur configuration actuelle.
Les astronomes pourront également prendre des spectres des atmosphères de ces planètes pour étudier leur composition, et les comparer aux géants gazeux de notre propre système solaire. Et puisque le système est vraiment très jeune (40 millions d'années seulement), il peut nous en dire beaucoup sur le processus de formation de la planète. Enfin et surtout, leurs orbites larges (une nécessité étant donné leur taille) pourraient signifier que le système est moins que stable.
À l'avenir, selon Wang, les astronomes regarderont pour voir si des planètes sont éjectées du système. Je ne sais pas pour vous, mais je considérerais une vidéo qui illustre l'un des géants du gaz du HR 8799 se faire sortir de son système serait aussi très inspirant!
