Fomalhaut b, la planète qui n’existe peut-être pas

L'annonce avait fait grand bruit et la "une" des gazettes en novembre 2008. Pour la première fois, on avait vu, de nos yeux vu, une exoplanète, c'est-à-dire une planète tournant autour d'une étoile autre que notre Soleil. Certes, bien d'autres avaient été enregistrées depuis la découverte de la première planète extra-solaire, en 1995, par les Suisses Michel Mayor et Didier Queloz, mais jamais jusque là on n'avait pu voir l'astre s'imprimer sur un cliché. En effet, à l'heure où j'écris, les deux principales méthodes de détection grâce auxquelles les astronomes ont fait une moisson de plusieurs centaines d'exoplanètes sont des méthodes indirectes : on ne photographie pas les exoplanètes, pour la simple et bonne raison qu'elles sont noyées dans la lumière de leur étoile et qu'il est très complexe de "retirer" celle-ci de l'image pour ne conserver que la lumière reflétée par la planète. Les chercheurs repèrent donc une planète extra-solaire soit en mesurant les légers mouvements que sa masse imprime à son étoile (si elle a un compagnon, l'étoile tourne en effet autour du barycentre du système), soit en espérant que la planète passera devant son soleil et fera, pendant ce transit, baisser d'un chouïa sa luminosité. Dans les deux cas, on ne voit pas réellement la planète mais on déduit sa présence.



Le cas de Fomalhaut était différent. Située à 25 années-lumière de nous, cette étoile à la fois jeune et proche est la plus brillante de la constellation du Poisson austral. Bien avant 2008, les astronomes avaient constaté qu'elle était entourée d'un gigantesque anneau de débris dont la géométrie particulière semblait façonnée par la présence d'une planète géante dans les parages. Tout comme Urbain Le Verrier avait prédit par le calcul l'existence de Neptune avant que son collègue allemand Johann Galle la repère effectivement en 1846, il fut donc théorisé en 2005 que Fomalhaut avait un compagnon aussi gros que distant puisque l'anneau se trouve à 20 milliards de kilomètres de l'étoile. Il fallut attendre trois bonnes années pour qu'une équipe américano-canadienne ne réussisse à voir, sur des clichés pris par le télescope spatial Hubble, cette planète, une géante baptisée Fomalhaut b, probablement entourée d'anneaux comme Saturne. Pour la première fois, on voyait véritablement un de ces autres mondes qu'on n'avait fait que deviner jusqu'alors. La découverte fut publiée dans la revue Science et la vue d'artiste ci-dessus tente de nous faire imaginer à quoi ressemble l'exoplanète.

Triomphe de l'astronomie moderne ? Pas si simple. Car, à l'université de Princeton (New Jersey), Markus Janson a tiqué. Comme l'explique Yudhijit Bhattacharjee dans le dernier numéro de Science, ce chercheur a été surpris que la détection de la planète ait été effectuée dans la partie visible du spectre électromagnétique. En effet, Fomalhaut B, qui est censée voguer à plus de 17 milliards de kilomètres de son étoile, n'en reçoit qu'assez peu de lumière et, par conséquent, en renvoie peu aussi : il eût été plus naturel de détecter son énergie thermique dans la partie infra-rouge du spectre. Markus Janson et quelques collègues ont donc demandé du temps d'observation sur le télescope spatial Spitzer de la NASA, spécialiste de ces longueurs d'onde. Et ils n'ont rien vu. L'article racontant cette non-détection va bientôt paraître dans The Astrophysical Journal.

Mais, avant de l'écrire, Markus Janson a d'abord rencontré le principal "découvreur" de Fomalhaut b, Paul Kalas, de l'université de Californie (Berkeley). Les deux hommes se sont vus en septembre 2011 dans le Wyoming à l'occasion d'une conférence sur les exoplanètes. Pour Kalas, cette non-détection s'explique très bien : la planète est trop petite et trop froide pour qu'on puisse, malgré la sensibilité de Spitzer, la percevoir dans les infra-rouges. En revanche, ce sont ses anneaux qui, agissant un peu comme un miroir géant, ont renvoyé les rayons de l'étoile vers Hubble. Markus Janson n'a pas été convaincu car, selon ses calculs, il faudrait à la fois que les anneaux soient immenses (au minimum 2,8 millions de kilomètres, soit énormément plus que les célèbres anneaux de Saturne) et orientés de manière à refléter la lumière stellaire pile vers nous. De plus, le mouvement de Fomalhaut b a été réanalysé récemment et son orbite est censée traverser le disque de débris. Or si c'était le cas, le passage d'une telle planète géante ferait rapidement le ménage et démolirait le bel agencement de ce disque.

Fomalhaut b a donc doublement du plomb dans l'aile, mais, au-delà de cette petite dispute d'astronomes autour d'une planète qui n'existe peut-être pas, l'histoire montre avant tout comment la science avance, à petits pas, en vérifiant ce que les prédécesseurs ont écrit, en gommant les fautes et en réécrivant une nouvelle version plus juste, mais pas forcément parfaite. Car il reste encore à déterminer ce qu'on voyait sur les fameux clichés de Hubble. Comme l'explique Markus Janson, "il y a certainement quelque chose dans ce système. C'est juste bien plus complexe qu'une planète." L'étude à paraître dans The Astrophysical Journal suggère l'hypothèse d'un gros nuage de poussières issu d'une collision de planétésimaux, des embryons de planètes...

Pierre Barthélémy (@PasseurSciences sur Twitter)

Fin du mystère des planètes fantômes ?

Imaginons la scène. Une étoile est née. Du grand nuage de gaz et de poussières à partir duquel elle est apparue il ne reste plus qu'une galette de débris en rotation autour de l'astre jeune. Le matériel de ce disque suffira à former des planètes, lesquelles, par leur présence, graveront des sillons dans ce disque, semblables à ceux que, dans les anneaux de Saturne (en photo ci-dessus), les satellites de la planète géante ont creusés. Il n'est d'ailleurs pas besoin, pour que le vide se fasse, que le satellite soit sur place : comme c'est le cas pour la principale division des anneaux saturniens, la division de Cassini (4 700 km de large), il se peut que la simple interaction gravitationnelle entre le disque et un satellite distant libère l'espace en poussant les particules plus loin.

En partant de cette analogie avec Saturne, les astronomes qui observent les disques de poussières entourant les jeunes étoiles se sont dit qu'y trouver des anneaux trahirait la présence de planètes. Ces structures particulières du disque serviraient en quelque sorte d'outils de détection indirecte. Il ne resterait plus aux chercheurs qu'à employer d'autres techniques pour valider la découverte. L'exemple le plus célèbre de cette démarche est l'histoire de l'exoplanète Fomalhaut b. Des astronomes avaient en effet repéré autour de l'étoile Fomalhaut, sise à 25 années-lumière dans la constellation du Poisson austral, un disque de poussières qu'ils décrivirent comme gravitationnellement sculpté par la présence d'un corps massif, une planète. La prédiction était lancée. Cette planète était a priori installée assez loin de son étoile pour qu'on ait la possibilité de la voir directement, en masquant la lumière aveuglante de Fomalhaut et en sortant l'artillerie lourde, c'est-à-dire le télescope spatial Hubble. En novembre 2008, paraissait donc dans Science le cliché suivant, sur lequel une poignée de grossiers pixels matérialisait la planète tant recherchée, une géante baptisée Fomalhaut b. Très bien.



Le problème est arrivé début 2012 et je m'en suis fait l'écho dans les colonnes numériques de ce blog. Une équipe américano-canadienne, menée par l'astrophysicien Marcus Janson, de l'université de Princeton (Etats-Unis), a voulu retrouver Fomalhaut b dans une longueur d'ondes (l'infra-rouge) où elle serait en théorie plus facile à repérer, ce grâce à un autre télescope spatial, Spitzer. Mais ces chercheurs ont eu beau scruter la région du ciel où elle était censée se trouver, l'exoplanète, malgré une masse équivalente ou supérieure à celle de Jupiter, n'était pas au rendez-vous. Ce que Hubble avait détecté n'était sans doute qu'un petit amas de poussières renvoyant la lumière de l'étoile et Fomalhaut b rejoignit la catégorie des planètes fantômes, celles que l'on pense avoir vues mais qui ne se matérialisent plus.

A en croire une étude publiée jeudi 11 juillet dans Nature, on aurait pu éviter cet embrouillamini en se demandant dès le départ si les structures particulières des disques prédisaient automatiquement la présence d'une planète. Selon ses auteurs, les modèles utilisés jusqu'à présent pour comprendre la dynamique de ces galettes de gaz et de poussières étaient extrêmement simplistes. Ils ont donc voulu améliorer les choses en tenant notamment compte de la manière dont les gaz présents dans ces disques jouent sur le mouvement des grains de poussières, élément négligé jusqu'alors.

Les résultats de leurs modélisations sont surprenants, qui montrent que l'interaction gaz-poussières peut concentrer ces dernières dans certaines régions du disque et conduire, par exemple, à la création... d'anneaux, sans qu'aucune planète soit impliquée dans le réaménagement du matériel. La logique du raisonnement qui a conduit à la prédiction et à la "découverte" de Fomalhaut b en prend un coup (même s'il reste possible que des exoplanètes sculptent des anneaux dans les disques de poussières). Comme le résume Wladimir Lyra, chercheur au California Institute of Technology et co-auteur de cette étude, "il est souvent facile de voir quelque chose qu'on ne peut expliquer et d'en rendre responsable quelque chose qu'on ne peut voir"...