Figure 1 : Vue d’artiste de l’ exoplanète Corot7b. L’exoplanète CoRoT-7b est si proche de son étoile, une étoile similaire au Soleil, qu’elle doit subir des conditions extrêmes. La masse de cette planète est de 5 masses terrestres et est en fait l’exoplanète connue la plus proche de son étoile, ce qui en fait aussi la plus rapide. Elle tourne autour de son étoile à une vitesse supérieure à 750 000 Km/h. La température probable de sa face éclairée doit être supérieure à 2000 degrés alors que sa face nocturne serait à -200 degrés. Les modèles théoriques laissent supposer que sa surface est composée en partie de lave liquide. L’artiste a ici réalisé une représentation de ce que devrait être la surface de cette planète si elle est couverte de lave. La « planète s ur » CoRoT-7c est vue au loin. Crédit : ESO/L. Calçada. Clicquer sur l’image pour l’agrandir

"C’est la science dans ses aspects les plus stupéfiants et les plus passionnants" déclare Didier Queloz, le responsable de l’équipe qui a réalisé cette campagne d’observations. "Nous avons fait tout ce que nous pouvions pour comprendre à quoi ressemblait cet objet découvert par le satellite CoRoT et nous avons mis en évidence un système unique."

En février 2009, la découverte par le satellite CoRoT d’une petite exoplanète autour d’une étoile plutôt banale appelée TYC 4799-1733-I était annoncée, un an après sa détection et après plusieurs mois de mesures très poussées avec de nombreux télescopes au sol, dont plusieurs de l’ESO. L’étoile, aujourd’hui appelée CoRoT-7 se situe du côté de la constellation de la Licorne, à environ 500 années-lumière de la Terre. Légèrement plus petite et plus froide que notre Soleil, CoRoT-7 est aussi supposée être plus jeune avec environ 1,5 milliards d’années.

Toutes les 20,4 heures, la planète occulte l’étoile pendant un peu plus d’une heure[1]. La baisse de luminosité n’est que de 0,03 %. Cette planète appelée CoRoT-7b se trouve à seulement 2,5 millions de km de son étoile, soit 23 fois plus proche que Mercure ne l’est du Soleil. Son rayon est environ 80% plus grand que celui de la Terre.

Les premières mesures n’avaient pourtant pas permis de déterminer la masse de cette exoplanète. Un tel résultat nécessite des mesures extrêmement précises de la vitesse de l’étoile qui est soumise à la très faible attraction gravitationnelle de l’exoplanète.

Le problème avec CoRoT-7b est que cet infime signal planétaire est perturbé par l’activité de son étoile -des tâches similaires aux tâches solaires. Ces tâches correspondent aux régions les plus froides de la surface de l’étoile. Ainsi, le signal principal est lié à la rotation de l’étoile qui fait une rotation complète en 23 jours. Aussi, pour percer le mystère de CoRoT-7b, les astronomes ont dû avoir recours au meilleur " chasseur de planète " au monde, HARPS (High Accuracy Radial Velocity Planet Search ", un spectrographe installé au foyer du télescope de 3,60 mètres de l’Observatoire de La Silla au Chili. " Bien que HARPS soit certainement imbattable quant-il s’agit de détecter des exoplanètes de faible masse, les mesures de CoRoT-7b nécessitaient un tel niveau de précision que nous avons dû cumuler 70 heures d’observation de l’étoile ". révèle François Bouchy, un des co-auteurs de l’article. Grâce aux données fournies par HARPS, les chercheurs ont pu " faire parler " ce signal récurrent toutes les 20,4 heures. D’après ces données, ils pensent que CoRoT-7b a une masse d’environ cinq fois celle de la Terre, la classant dans la catégorie des exoplanètes les plus légères actuellement découvertes.

" L’orbite de la planète étant aligné avec notre axe d’observation, nous pouvons la voir passer devant son étoile - c’est ce que l’on appelle un transit - et nous pouvons ainsi véritablement mesurer sa masse et pas simplement la déduire. En l’occurrence, c’est la plus petite masse jamais mesurée pour une exoplanète[2] " déclare Claire Moutou, membre de l’équipe. " De plus, comme nous connaissons à la fois le rayon et la masse, nous pouvons déterminer la densité et avoir ainsi une meilleure idée de la structure interne de cette planète ".

Avec une masse bien plus proche de celle de la Terre que de celle d’une planète géante comme par exemple Neptune avec ses 17 masses terrestres, CoRoT-7b appartient à la catégorie d’exoplanètes dite des " super-Terres ". Une douzaine d’exoplanètes de cette catégorie a été détectée, mais dans le cas de CoRoT-7b, c’est la première fois que la densité a pu être déterminée pour une exoplanète de cette petite taille. La densité calculée est proche de celle de la Terre, ce qui laisse penser que cette planète est aussi composée de roche.

" Les mesures de CoRoT-7b représentent un véritable tour de force. La superbe courbe de lumière obtenue avec le satellite Corot nous a donné la meilleure mesure du rayon et HARPS, la meilleure mesure de la masse pour une exoplanète. Les deux mesures sont nécessaires pour découvrir une planète rocheuse ayant la même densité que la Terre " précise Artie Hatzes, un autre membre de l’équipe.

CoRoT-7b remporte une autre distinction en étant l’exoplanète connue la plus proche de son étoile, ce qui en fait aussi la plus rapide. Elle orbite autour de son étoile à plus de 750 000 Km/h, soit plus de sept fois la vitesse orbitale de la Terre autour du Soleil. " En fait, CoRoT-7b est si proche de son étoile qu’elle doit ressembler à l’enfer de Dante, avec très probablement une température dépassant les 2000 degrés sur sa face éclairée et de -200 degrés du côté nuit. Les modèles théoriques laissent supposer que la surface de cette planète est recouverte de lave ou d’océans bouillonnants. Avec des conditions aussi extrêmes, il est absolument impensable que la vie se développe sur une telle planète " déclare Didier Queloz.

De plus, l’extrême précision de HARPS a également permis aux astronomes de déceler dans les données obtenues, la présence d’une autre planète plus éloignée que CoRoT-7b. Appelée CoRoT-7c, cette seconde planète tourne autour de son étoile en 3 jours et 17 heures et a une masse d’environ huit fois celle de la Terre. Elle rejoint donc également la catégorie des super-Terres. Contrairement à CoRoT-7b, on ne peut observer le transit de cette planète depuis la Terre, il n’est ainsi pas possible de déterminer son rayon et donc de calculer sa densité.

Ses découvertes font de CoRoT-7 la première étoile connue hébergeant un système planétaire composé de deux super-Terres de courte période, avec dans le cas d’une des deux planètes, un transit observable.

Notes [1] Nous observons exactement le même phénomène dans notre Système Solaire quand Mercure ou Vénus transitent devant le disque solaire, comme ce fut par exemple le cas pour Vénus le 8 juin 2004 (cf. communiqué de presse : ESO PR 03/04). Par le passé, de tels événements étaient utilisés pour calculer la distance Terre-Soleil et ont eu des implications extrêmement utiles pour l’astrophysique et la mécanique céleste.

[2] Gliese 581e, aussi découverte grâce à HARPS, a une masse estimée au minimum à 2 masses terrestres (voir ESO 15/09) mais la géométrie exacte de son orbite n’étant pas déterminée, il est impossible de connaître sa véritable masse. Dans le cas de CoRoT-7b, vu que le transit de la planète a été observé, la géométrie de l’orbite est bien déterminée, ce qui a permis aux astronomes de mesurer précisément sa masse.

(A) L’équipe est composée de : D. Queloz, R. Alonso, C. Lovis, M. Mayor, F. Pepe, D. Segransan, and S. Udry (Observatoire de Genève, Switzerland), F. Bouchy, F. and G. Hebrard, G. (IAP, Paris, France), C. Moutou, M. Barbieri, P. Barge, M. Deleuil, L. Jorda, and A. Llebaria (Laboratoire d.Astrophysique de Marseille, France), A. Hatzes, D. Gandolfi, E. Guenther, M. Hartmann, and G. Wuchterl (Thüringer Landessternwarte Tautenburg, Germany), M. Auvergne, A. Baglin and D. Rouan (LESIA, CNRS, Observatoire de Paris-Meudon, France), W. Benz (University of Bern, Switzerland), P. Bordé, A. Léger and M. Ollivier (IAS, UMR 8617 CNRS, Université Paris-Sud, France), H. Deeg (Instituto de Astrofísica de Canarias, Spain), R. Dvorak (University of Vienna, Austria), A. Erikson and H. Rauer (DLR, Berlin, Germany), S. Ferraz Mello (IAG-Universidade de Sao Paulo, Brazil), M. Fridlund (European Space Agency, ESTEC, The Netherlands), M. Gillon and P. Magain (Université de Liège, Belgium), T. Guillot (Observatoire de la Côte d.Azur, CNRS UMR 6202, Nice France), H. Lammer (Austrian Academy of Sciences), T. Mazeh (Tel Aviv University, Israel), M. Pätzold (Köln University, Germany), and J. Schneider (LUTH, Observatoire de Paris-Meudon, France).

ESO Press Release CNRS Press release

Référence

The CoRoT-7 planetary system : two orbiting Super-Earths by D. Queloz et al. , Astronomy & Astrophysics

Contact

Michel Auvergne (Observatoire de Paris, LESIA, et CNRS)

Annie Baglin (Observatoire de Paris, LESIA, et CNRS)

Daniel Rouan (Observatoire de Paris, LESIA, et CNRS)

Jean Schneider (Observatoire de Paris, LUTH, et CNRS)

Dernière modification le 22 février 2013

Figure 1 : Vue d’artiste de l’ exoplanète Corot7b. L’exoplanète CoRoT-7b est si proche de son étoile, une étoile similaire au Soleil, qu’elle doit subir des conditions extrêmes. La masse de cette planète est de 5 masses terrestres et est en fait l’exoplanète connue la plus proche de son étoile, ce qui en fait aussi la plus rapide. Elle tourne autour de son étoile à une vitesse supérieure à 750 000 Km/h. La température probable de sa face éclairée doit être supérieure à 2000 degrés alors que sa face nocturne serait à -200 degrés. Les modèles théoriques laissent supposer que sa surface est composée en partie de lave liquide. L’artiste a ici réalisé une représentation de ce que devrait être la surface de cette planète si elle est couverte de lave. La « planète s ur » CoRoT-7c est vue au loin. Crédit : ESO/L. Calçada. Clicquer sur l’image pour l’agrandir

"This is science at its thrilling and amazing best," says Didier Queloz, leader of the team who made the observations. "We did everything we could to learn what the object discovered by the CoRoT satellite looks like and we found a unique system."

In February 2009, a small exoplanet was discovered around a rather unremarkable star named TYC 4799-1733-1 by the French CNES CoRoT satellite. The star, known since as CoRoT-7, is located towards the constellation Monoceros (the Unicorn) at a distance of about 500 light-years. Slightly smaller and cooler than our Sun, CoRoT-7 is thought to be younger as well, with an age about 1.5 billion years. Every 20.4 hours, the planet eclipses a small fraction of the light of the star for a little over one hour by one part in 3,000 [1]. This planet, designated CoRoT-7b, is only 2.5 million kilometres away from its host star, or 23 times closer than Mercury is to the Sun. It has a radius of less than twice that of Earth.

The initial set of measurements, however, could not provide the mass of the exoplanet. Such a result requires extremely precise measurements of the velocity of the star, which is pulled a tiny amount by the gravitational tug of the orbiting exoplanet. The problem with CoRoT-7b is that these tiny signals are jumbled by stellar activity in the form of ’starspots’ (just like sunspots on our Sun), which are cooler regions on the surface of the star. Therefore, the main signal is linked to the rotation of the star, with makes one complete revolution in about 23 days.

To get an answer, astronomers had to call upon the best exoplanet-hunting device in the world, the High Accuracy Radial velocity Planet Searcher (HARPS) spectrograph attached to the ESO 3.6-metre telescope at the La Silla Observatory in Chile. "Even though HARPS is certainly unbeaten when it comes to detecting small exoplanets, the measurements of CoRoT-7b proved to be so demanding that we had to gather no less than 70 hours of observations on the star," says co-author François Bouchy. HARPS delivered, allowing the astronomers to tease out the 20.4-hour signal in the data. This figure led them to infer that CoRoT-7b has a mass of about five Earth masses, placing it in rare company as one of the lightest exoplanets yet found.

"Thanks to the fact that it is transiting it is the smallest mass ever precisely measured for an exoplanet [2]," says team member Claire Moutou. "Moreover, as we have both the radius and the mass, we can determine the density and get a better idea of the internal structure of this planet."

With a mass much closer to that of Earth than for example ice giant Neptune’s 17 Earth masses, CoRoT-7b belongs to the exoplanetary category of ’super-Earths’. About a dozen of these bodies have been detected, though in the case of CoRoT-7b, this is the first time that the density has been measured for such a small exoplanet. The calculated density is close to Earth’s, suggesting that the planet.s composition is similarly rocky.

"CoRoT-7b resulted in a ’tour de force’ of astronomical measurements. The superb light curves of the space telescope CoRoT gave us the best radius measurement, and HARPS the best mass measurement for an exoplanet. Both were needed to discover a rocky planet with the same density as the earth," says co-author Artie Hatzes.

CoRoT-7b earns another distinction as the closest known exoplanet to its host star, which also makes it the fastest - it orbits its star at a speed of 216 kilometres per second- .In fact, CoRoT-7b is so close that the place may well look like Dante’s Inferno. With a probable temperature well above 1000 degrees, the planet may have lava or boiling oceans on its surface. Such a ’sauna planet’ is definitively not a place for life to develop, says Queloz.

As a further testament to HARPS. sublime precision, the astronomers found from their dataset that CoRoT-7 hosts another exoplanet slightly further away than CoRoT-7b. Designated CoRoT-7c, it circles its host star in 3 days and 17 hours and has a mass about eight times that of Earth, so it too is classified as a super-Earth. Unlike CoRoT-7b, this sister world does not pass in front of its star as seen from Earth, so astronomers cannot measure its radius and thus its density.

Given these findings, CoRoT-7 stands as the first star known to have a planetary system made of two short period super-Earths with one that transits its host.

"These are very exciting times," concludes Queloz. "We may be very close to finding a sister planet to Earth, especially when new instruments, in particular the ESPRESSO spectrograph planned for ESO’s Very Large Telescope, will be online."

Notes [1] It is exactly the same effect in our Solar System when Venus transits the solar disc, as it did on 8 June 2004 (ESO PR 03/04). In the past centuries such events were used to estimate the Sun-Earth distance, with extremely useful implications for astrophysics and celestial mechanics. [2] Gliese 581e, also discovered with HARPS, has a minimum mass about 2 times the Earth’s mass (see ESO 15/09) but the exact geometry of the orbit is undefined making its real mass unknown.

(A) The team is composed of : D. Queloz, R. Alonso, C. Lovis, M. Mayor, F. Pepe, D. Segransan, and S. Udry (Observatoire de Genève, Switzerland), F. Bouchy, F. and G. Hebrard, G. (IAP, Paris, France), C. Moutou, M. Barbieri, P. Barge, M. Deleuil, L. Jorda, and A. Llebaria (Laboratoire d.Astrophysique de Marseille, France), A. Hatzes, D. Gandolfi, E. Guenther, M. Hartmann, and G. Wuchterl (Thüringer Landessternwarte Tautenburg, Germany), M. Auvergne, A. Baglin and D. Rouan (LESIA, CNRS, Observatoire de Paris-Meudon, France), W. Benz (University of Bern, Switzerland), P. Bordé, A. Léger and M. Ollivier (IAS, UMR 8617 CNRS, Université Paris-Sud, France), H. Deeg (Instituto de Astrofísica de Canarias, Spain), R. Dvorak (University of Vienna, Austria), A. Erikson and H. Rauer (DLR, Berlin, Germany), S. Ferraz Mello (IAG-Universidade de Sao Paulo, Brazil), M. Fridlund (European Space Agency, ESTEC, The Netherlands), M. Gillon and P. Magain (Université de Liège, Belgium), T. Guillot (Observatoire de la Côte d.Azur, CNRS UMR 6202, Nice France), H. Lammer (Austrian Academy of Sciences), T. Mazeh (Tel Aviv University, Israel), M. Pätzold (Köln University, Germany), and J. Schneider (LUTH, Observatoire de Paris-Meudon, France).

ESO Press Release CNRS Press release

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Reference

The CoRoT-7 planetary system : two orbiting Super-Earths by D. Queloz et al. , Astronomy & Astrophysics

Contact

Michel Auvergne (Observatoire de Paris, LESIA, et CNRS)

Annie Baglin (Observatoire de Paris, LESIA, et CNRS)

Daniel Rouan (Observatoire de Paris, LESIA, et CNRS)

Jean Schneider (Observatoire de Paris, LUTH, et CNRS)

Dernière modification le 4 mars 2013