Avec une journée qui ne dure que 8 heures, il ne vaut mieux pas perdre son temps sur la planète Beta pictoris b

Pour la première fois, des astronomes ont déterminé la vitesse de rotation d’une exoplanète. Avec 25 km par seconde, cela signifie que la planète a un jour qui dure environ huit heures, soit un tiers d’une journée de la Terre, ce qui pourrait sembler assez étonnant étant donné qu’elle fait 10 fois la masse de Jupiter.

Beta Pic b est une imposante géante gazeuse qui tourne autour d’une étoile, à environ 63 années-lumière d’ici. La planète a été découverte en 2003 et elle fut l’une des premières à avoir été imagé directement par des télescopes, ce qui signifie que nous pouvons la voir dans des photos.

L’image ci-dessous montre Beta Pic b autour de son étoile (voilée d’un cercle bleu) Beta Pic.

Au fil du temps, les astronomes l’ont vu se déplacer physiquement autour de son étoile. Cela a permis de définir sa période orbitale, ou son année, qui dure entre 17 et 20 années terrestres.

D’obtenir la durée de sa journée, fut sensiblement plus compliqué. Pour ce faire, les astronomes ont profité de l’effet Doppler, le même effet qui modifie la tonalité (la longueur d’onde du son) d’une voiture (ou, autre exemple, la sirène d’un camion de pompier) qui se rapproche, passe devant vous et s’éloigne. Mais le Guru préfère ressortir son vieil exemple du trombone des montagnes :

Lorsque le trompettiste skieur se rapproche, le ton devient plus élevé (aigu) et quand il s’éloigne, le ton baisse (dans les graves, même si dans ce cas, il change de note en face de nous…).

Il en est de même pour la lumière (effet Doppler-Fizeau) : si une source de lumière s’approche de vous, les longueurs d’onde changent, se déplaçant/ décalant vers des longueurs d’onde plus courtes, ce qui est appelé par les astronomes, le décalage vers le bleu. Si elle s’éloigne, la longueur d’onde de la lumière s’allonge (décalage vers le rouge). Si la source se déplace assez rapidement, elle peut être mesurée.

A consulter sur le sujet : Comment mesure-t-on l’immensité de l’univers ?

Les astronomes ont utilisé un spectrographe, un dispositif qui décomposent la lumière en milliers de couleurs individuelles (spectre) afin d’observer Beta Pic b. L’atmosphère de la planète est composée de monoxyde de carbone et cette molécule absorbe la lumière dans une longueur d’onde très spécifique. Elle apparait ainsi comme une ligne sombre dans le spectre. Ceci est utile, car, alors que les planètes se déplacent, la longueur d’onde de la raie d’absorption dans le spectre change en raison de l’effet Doppler. C’est ce qui permet aux astronomes de calculer la vitesse de la planète.

La baisse d’absorption engendrée par le monoxyde de carbone, qu’ils ont trouvé pour Beta Pic b, étaient décalées vers le bleu d’environ -15 km / sec (le signe moins indique vitesse vers nous). Ensuite, ils ont pu mesurer la vitesse orbitale de la planète.

De plus, comme le monoxyde de carbone absorbe la lumière dans une couleur spécifique, on peut s’attendre à voir une forte baisse dans le spectre. Mais ce n’est pas ce qu’ils ont observé. Au lieu de cela, le creux s’est élargi, étalé, ce qui s’avère être la clé de sa rotation. Imaginez une balle qui tourne sur elle-même. Quand vous le regardez, le côté gauche se dirige vers vous et le côté droit s’éloigne. Si vous pouviez très minutieusement mesurer la lumière de celle-ci, le côté gauche serait décalé vers le bleu et le côté droit décalé vers le rouge. La lumière provenant du milieu ne serait pas du tout décalée. Donc, vous verriez des vitesses allant du maximum du décalage vers le bleu, au maximum du décalage vers le rouge. Le modèle obtenu serait étalé, tout comme celui de Beta Pic b.

Quand ils ont mesuré la largeur du profil d’absorption du monoxyde de carbone, ils ont déterminé qu’elle devait être en train de tourner à une vitesse d’environ 25 km / s. En nous trouvant à l’équateur de la planète, nous nous déplacerions à 90 000 km/h.

Afin d’obtenir la durée d’une journée, la taille de la planète doit être déterminée, ce qui n’est pas le cas de Beta Pic b, mais les modèles théoriques lui donnent un rayon d’environ 1,65 fois celui de Jupiter, ou 115000 km. Compte tenu de la vitesse mesurée, cela signifie que sa journée dure à peine huit heures. Il s’agit d’une planète 18 fois plus grande que la Terre, mais qui tourne si rapidement que son jour est 3 fois plus court.

En fait , cela correspond à ce que nous savons : Dans notre système solaire, plus grande est la planète, plus vite elle tourne.

Ci-dessous : la vitesse de rotation des planètes du système solaire et de Beta Pic b, en fonction de leur masse respective (Ignas Snellen, Leiden Observatory)

Les scientifiques estiment que c’est un reliquat (la vitesse de rotation) du temps où les planètes se sont formées, il y a des milliards d’années, à partir du disque de matière autour du Soleil. Comme ces morceaux ont fusionné pour former les planètes, leur taux de rotation a augmenté, tout comme l’eau dans un évier qui s’accélère et tourne à mesure qu’elle s’approche de l’évacuation. Les plus grandes planètes ont davantage de matière qui s’effondre, ainsi elles sont plus accélérées que les petites planètes.

Beta Pic b est très jeune, seulement une dizaine de millions d’années et les jeunes planètes sont chaudes. Comme il s’agit essentiellement de gaz, en vieillissant elle se refroidira et se rétrécira, ce qui la fera tourner encore plus vite, comme un patineur qui exécute une toupie en ramenant ses bras vers son corps. Dans quelques centaines de millions d’années, Beta Pic b pourrait voir ses jours raccourcir, pour ne faire plus que 3 heures.

En admirant la représentation artistique de Beta Pic b (ESO L. Calçada/N. Risinger), en image d’entête, vous vous êtes peut-être dit que l’image devait être déformée… et bien non, la planète est vraiment de forme ovale, en raison de sa vitesse, comme Saturne et Jupiter qui ne sont pas vraiment circulaires, et elle deviendra encore plus large à l’équateur à mesure qu’elle vieillira.

L’étude au format PDF sur le site de l’Observatoire Européen Austral (ESO) : The fast spin-rotation of a young extra-solar planet, l’annonce sur ce même site : La durée du jour sur une exoplanète déterminée pour la toute première fois.