La mission romaine de la NASA sondera le noyau de la galaxie à la recherche de Jupiters chauds et de naines brunes – Science

Lors de son lancement au milieu des années 2020, le télescope spatial romain Nancy Grace de la NASA explorera une vaste gamme de sujets d’astrophysique infrarouge. Une étude très attendue utilisera un effet gravitationnel appelé microlentille pour révéler des milliers de mondes similaires aux planètes de notre système solaire. Maintenant, une nouvelle étude montre que la même enquête dévoilera également des planètes plus extrêmes et des corps semblables à des planètes au cœur de la galaxie de la Voie lactée, grâce à leur remorqueur gravitationnel sur les étoiles qu’elles orbitent.

“Nous avons été ravis de découvrir que Roman sera en mesure d’offrir encore plus d’informations sur les planètes de notre galaxie que prévu initialement”, a déclaré Shota Miyazaki, un étudiant diplômé de l’Université d’Osaka au Japon qui a dirigé l’étude. “Ce sera très excitant d’en savoir plus sur un nouveau lot de mondes non étudié.”

Roman utilisera principalement la méthode de détection par microlentille gravitationnelle pour découvrir des exoplanètes – des planètes au-delà de notre système solaire. Lorsqu’un objet massif, comme une étoile, passe devant une étoile plus éloignée de notre point de vue, la lumière de l’étoile la plus éloignée se pliera lorsqu’elle se déplacera dans l’espace-temps incurvé autour de l’étoile la plus proche.

Le résultat est que l’étoile la plus proche agit comme une lentille naturelle, grossissant la lumière de l’étoile d’arrière-plan. Les planètes en orbite autour de l’étoile de la lentille peuvent produire un effet similaire à une échelle plus petite, de sorte que les astronomes visent à les détecter en analysant la lumière de l’étoile la plus éloignée.

Étant donné que cette méthode est sensible aux planètes aussi petites que Mars avec une large gamme d’orbites, les scientifiques s’attendent à ce que l’enquête par microlentilles de Roman dévoile des analogues de presque toutes les planètes de notre système solaire. Miyazaki et ses collègues ont montré que l’enquête avait également le pouvoir de révéler des mondes plus exotiques – des planètes géantes sur de minuscules orbites, connues sous le nom de Jupiters chauds, et des soi-disant «étoiles défaillantes», appelées naines brunes, qui ne sont pas assez massives. pour s’alimenter par fusion comme le font les étoiles.

Cette nouvelle étude montre que Roman sera capable de détecter ces objets en orbite autour des étoiles les plus éloignées lors d’événements de microlentilles, en plus de trouver des planètes en orbite autour des étoiles les plus proches (lentilles).

Les résultats de l’équipe sont publiés dans The Astronomical Journal.

Les astronomes voient un événement de microlentille comme un éclaircissement temporaire de l’étoile lointaine, qui culmine lorsque les étoiles sont presque parfaitement alignées. Miyazaki et son équipe ont découvert que dans certains cas, les scientifiques seront également en mesure de détecter une légère variation périodique de la lumière des étoiles à lentilles causée par le mouvement des planètes en orbite autour de l’étoile la plus éloignée lors d’un événement de microlentille.

Lorsqu’une planète se déplace autour de son étoile hôte, elle exerce un petit remorqueur gravitationnel qui modifie un peu la position de l’étoile. Cela peut rapprocher et éloigner l’étoile distante d’un alignement parfait. Étant donné que l’étoile la plus proche agit comme une lentille naturelle, c’est comme si la lumière de l’étoile lointaine était légèrement attirée par la planète en orbite. En repérant de petits frissons à la lumière des étoiles, les astronomes pourront déduire la présence de planètes.

«C’est ce qu’on appelle l’effet xallarap, qui est la parallaxe épelée vers l’arrière. La parallaxe repose sur le mouvement de l’observateur – la Terre se déplaçant autour du Soleil – pour produire un changement d’alignement entre l’étoile source distante, l’étoile de la lentille la plus proche et l’observateur. Xallarap fonctionne dans le sens inverse, modifiant l’alignement en raison du mouvement de la source », a déclaré David Bennett, qui dirige le groupe de microlentilles gravitationnelles au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland.

Alors que la microlentille est généralement mieux adaptée pour trouver des mondes plus éloignés de leur étoile que Vénus ne l’est du Soleil, l’effet xallarap fonctionne mieux avec des planètes très massives sur de petites orbites, car elles font bouger le plus leur étoile hôte. Révéler des planètes plus éloignées nous permettra également de sonder une population différente de mondes.

Exploiter le cœur de la galaxie

La plupart des quelques centaines d’exoplanètes découvertes dans notre galaxie avaient des masses des centaines de fois supérieures à celles de la Terre. Contrairement aux planètes géantes de notre système solaire, qui mettent 12 à 165 ans pour orbiter autour du Soleil, ces nouveaux mondes tourbillonnent autour de leurs étoiles hôtes en aussi peu que quelques jours.

Ces planètes, maintenant connues sous le nom de Jupiters chauds en raison de leur taille géante et de la chaleur intense de leurs étoiles hôtes, n’étaient pas attendues des modèles de formation planétaires existants et ont forcé les astronomes à les repenser. Maintenant, il existe plusieurs théories qui tentent d’expliquer pourquoi les Jupiters chauds existent, mais nous ne savons toujours pas laquelle – le cas échéant – est correcte. Les observations de Roman devraient révéler de nouveaux indices.

Encore plus massives que les Jupiters chauds, les naines brunes vont d’environ 4 000 à 25 000 fois la masse de la Terre. Elles sont trop lourdes pour être qualifiées de planètes, mais pas assez massives pour subir une fusion nucléaire dans leur cœur comme des étoiles.

D’autres missions de chasse aux planètes ont principalement recherché de nouveaux mondes relativement proches, jusqu’à quelques milliers d’années-lumière. La proximité étroite permet des études plus détaillées. Cependant, les astronomes pensent que l’étude des corps proches du noyau de notre galaxie peut donner un nouvel aperçu de l’évolution des systèmes planétaires. Miyazaki et son équipe estiment que Roman trouvera environ 10 Jupiters chauds et 30 naines brunes plus proches du centre de la galaxie en utilisant l’effet xallarap.

Le centre de la galaxie est peuplé principalement d’étoiles qui se sont formées il y a environ 10 milliards d’années. L’étude de planètes autour de ces vieilles étoiles pourrait nous aider à comprendre si les Jupiters chauds se forment si près de leurs étoiles ou s’ils naissent plus loin et migrent vers l’intérieur avec le temps. Les astronomes pourront voir si les Jupiters chauds peuvent maintenir de si petites orbites pendant de longues périodes en voyant à quelle fréquence ils se trouvent autour d’étoiles anciennes.

Contrairement aux étoiles du disque de la galaxie, qui parcourent généralement la Voie lactée à des distances confortables les unes des autres, les étoiles proches du noyau sont beaucoup plus rapprochées. Roman pourrait révéler si le fait d’avoir autant d’étoiles si proches les unes des autres affecte les planètes en orbite. Si une étoile passe à proximité d’un système planétaire, sa gravité pourrait tirer les planètes hors de leurs orbites habituelles.

Les supernovae sont également plus courantes près du centre de la galaxie. Ces événements catastrophiques sont si intenses qu’ils peuvent forger de nouveaux éléments, qui sont rejetés dans la zone environnante lorsque les étoiles qui explosent meurent. Les astronomes pensent que cela pourrait affecter la formation des planètes. Trouver des mondes dans cette région pourrait nous aider à mieux comprendre les facteurs qui influencent le processus de construction de la planète.

Roman ouvrira une fenêtre sur un passé lointain en regardant des étoiles et des planètes plus anciennes. La mission nous aidera également à déterminer si les naines brunes se forment aussi facilement près du centre de la galaxie qu’elles le font plus près de la Terre en comparant la fréquence à laquelle elles se trouvent dans chaque région.

En comptant de très vieux Jupiters chauds et des naines brunes à l’aide de l’effet xallarap et en trouvant des mondes plus familiers à l’aide de la microlentille, Roman nous rapprochera encore plus de la compréhension de notre place dans le cosmos.

«Nous avons trouvé de nombreux systèmes planétaires qui semblent étranges comparés aux nôtres, mais on ne sait toujours pas s’ils sont bizarres ou si nous le sommes», a déclaré Samson Johnson, étudiant diplômé de l’Ohio State University à Columbus et co- auteur de l’article. “Roman nous aidera à le comprendre, tout en répondant à d’autres grandes questions en astrophysique.”

Le télescope spatial romain Nancy Grace est géré au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, avec la participation du Jet Propulsion Laboratory de la NASA et de Caltech / IPAC à Pasadena, en Californie, du Space Telescope Science Institute de Baltimore et d’une équipe scientifique composée de scientifiques de diverses recherches. institutions. Les principaux partenaires industriels sont Ball Aerospace and Technologies Corporation à Boulder, Colorado, L3Harris Technologies à Melbourne, Floride, et Teledyne Scientific & Imaging à Thousand Oaks, Californie.

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