Source: The Conversation – in French – By Hervé Bouy, Professeur, Astrophysique, Université de Bordeaux
Sa mission est de cartographier le cosmos pour en dévoiler les mystères. Mais au passage, le satellite Euclid a découvert une quinzaine d’exoplanètes sans étoiles : des planètes errantes. On en connaît peu, mais Euclid et de futurs satellites devraient nous aider à comprendre leur formation.
Lorsque le télescope spatial Euclid de l’Agence spatiale européenne (ESA) a été lancé en 2023, son objectif était d’explorer l’un des plus grands mystères de l’Univers : le côté obscur du cosmos. En cartographiant des milliards de galaxies, Euclid doit aider à révéler la nature de la mystérieuse énergie noire qui serait le moteur de l’évolution du cosmos. Il n’avait pas été conçu pour étudier les régions de formation d’étoiles ni pour traquer des planètes.
Mais quelques mois après son lancement, l’ESA a mis en place le programme d’observations préliminaires d’Euclid (Euclid early release observations, ou ERO). Ce programme vise à démontrer les performances exceptionnelles du télescope à travers une large gamme d’objets astrophysiques, qu’il s’agisse de galaxies et d’amas lointains ou de régions de formation d’étoiles beaucoup plus proches. Cela permet de mettre en lumière la polyvalence et la précision des instruments d’Euclid, et prouver leur valeur bien au-delà de sa mission principale de cosmologie.
Des planètes sans soleil
Par définition, les planètes sont censées orbiter autour d’étoiles. Mais certaines sont solitaires, errant dans l’espace interstellaire sans étoile pour les réchauffer. Ces planètes errantes, comme on les surnomme, sont de véritables orphelines du cosmos. On pense qu’elles peuvent s’être formées comme des mini-étoiles, à partir de l’effondrement de petits nuages de gaz et de poussières.
Une autre hypothèse y voit de vraies planètes, nées autour d’une étoile et ayant été violemment éjectées de leur système d’origine. Les détecter et les étudier permet ainsi aux astronomes de mieux comprendre à la fois la formation des étoiles et la formation et l’évolution précoce (et parfois chaotique) des systèmes planétaires.
Jusqu’à présent, repérer ces corps discrets relevait presque de l’impossible tant la lumière qu’ils émettent est faible. Ils sont aussi très difficiles à distinguer d’autres objets astrophysiques, en particulier de galaxies lointaines. Mais Euclid, grâce à la combinaison unique d’un grand champ de vision, d’une résolution fine et d’une sensibilité allant de la lumière visible à l’infrarouge, a changé la donne.
Euclid prend le Taureau par les cornes
Lorsque l’ESA a proposé à la communauté scientifique de participer au programme ERO, notre équipe a suggéré de pointer Euclid vers une région de formation d’étoiles bien connue : le nuage LDN 1495, au sein de la constellation du Taureau, situé à environ 450 années-lumière. Cette région sombre, où le gaz et la poussière se condensent pour former de jeunes étoiles, est étudiée depuis des décennies, mais ne l’avait jamais été avec la précision et la sensibilité fournie par Euclid.
Les observations d’Euclid ont été combinées à plus de vingt ans d’imagerie au sol accumulée par notre équipe et obtenue avec des télescopes, comme le Canada-France-Hawaii Telescope
(CFHT), Subaru ou UKIRT, tous les trois situés sur le sommet du volcan Mauna Kea dans l’archipel hawaiien (États-Unis). Cette longue période d’observation nous a permis de mesurer les mouvements, les luminosités et les couleurs de centaines de milliers de sources faibles dans ces images.
Parmi elles, 15 objets se distinguent. Leur luminosité, leur couleur et leur mouvement correspondent à ceux attendus pour des objets qui se sont formés dans les nuages moléculaires du Taureau. Ces objets partagent certaines propriétés : étant nés à peu près ensemble, ils sont tous jeunes (quelques millions d’années), situés à une distance similaire (celle des nuages, d’environ 425 à 490 années-lumière) et se déplacent ensemble à la même vitesse et dans la même direction dans le ciel, ayant hérité du mouvement du nuage moléculaire où ils sont nés. Neuf de ces quinze objets sont totalement nouveaux, et parmi les plus faibles et les moins massifs jamais détectés dans cette région.
Certains de ces candidats sont incroyablement petits : d’après leur luminosité extrêmement faible, ils pourraient avoir des masses proches ou légèrement supérieures à celle de Jupiter. C’est bien en dessous du seuil de masse d’une étoile ou même d’une naine brune, un astre plus gros qu’une planète, mais trop petit pour être une étoile. Cela les place donc clairement dans la catégorie des objets de masse planétaire. S’ils sont confirmés, ils compteraient parmi les objets les plus légers jamais détectés de manière directe en dehors d’un système solaire.
Une fenêtre sur les origines cosmiques
Cette découverte est bien plus qu’une curiosité : elle ouvre une fenêtre directe sur la façon dont l’Univers fabrique ses étoiles et ses planètes. Ces mondes solitaires se forment-ils de la même manière que les étoiles, à partir de petits fragments de nuages qui s’effondrent sous l’effet de la gravité ? Ou bien sont-ils les orphelins de systèmes planétaires, expulsés par le chaos gravitationnel de leur famille ?
Chacun de ces deux scénarios a des implications différentes pour notre compréhension des premiers stades de la formation stellaire, mais aussi de la formation des planètes. Dans des régions comme la constellation du Taureau, où la densité d’étoiles est faible et les étoiles massives sont rares, ces objets de masse planétaire pourraient se former directement par effondrement gravitationnel, brouillant encore davantage la frontière entre planète et étoile.
Les résultats de notre équipe suggèrent également que ces planètes errantes pourraient ne pas être si rares. En extrapolant nos résultats à l’ensemble du complexe du Taureau, on peut estimer que des dizaines d’entre elles, encore à découvrir, pourraient exister dans cette région.
Un Univers plein de surprises
Ce travail ne constitue qu’une première étape. Euclid a déjà observé d’autres régions de formation d’étoiles dans le cadre du programme ERO, actuellement en cours d’analyse, et pourrait en observer à nouveau à l’avenir, offrant ainsi des mesures de mouvements encore plus précises et des recensements plus complets.
À moyen terme, le futur télescope spatial Nancy-Grace-Roman, dont le lancement est prévu à l’automne 2026, disposera de capacités similaires et complémentaires en grand champ et en infrarouge. Ensemble, ces télescopes ouvriront une ère nouvelle pour l’étude systématique des objets de très faible masse dans les jeunes régions du cosmos.
Enfin, le James-Webb Space Telescope jouera un rôle clé dans le suivi de ces découvertes, en fournissant les observations spectroscopiques indispensables pour confirmer la nature, la masse et la composition des atmosphères de ces mondes errants. Ces missions dessinent un avenir particulièrement prometteur pour l’exploration des origines des étoiles et des planètes errantes.
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Chaque nouveau grand télescope finit par accomplir des découvertes qu’il n’était pas censé faire. Le télescope spatial Hubble a révolutionné la cosmologie, mais il nous a aussi offert des vues spectaculaires des pouponnières d’étoiles. Aujourd’hui, Euclid, construit pour cartographier le squelette invisible du cosmos, révèle de nouveaux mondes en formation flottant dans l’Univers sans attache et sans étoile. Petits, froids et solitaires, ces mondes vagabonds nous rappellent que la frontière entre planète et étoile est mince et que, même dans l’obscurité entre les étoiles, il reste des histoires à découvrir.
Hervé Bouy est membre senior de l’Institut Universitaire de France. Il a reçu des financements du Conseil européen pour la recherche (ERC) et a été employé à l’Agence spatiale européenne (ESA).
– ref. Des planètes errantes, sans étoile, découvertes par le satellite Euclid – https://theconversation.com/des-planetes-errantes-sans-etoile-decouvertes-par-le-satellite-euclid-261687