Quatre planètes autour d’un autre soleil : douze ans d’images en 4,5 secondes

12 ans d’images du télescope Keck tiennent dans une vidéo de 4,5 secondes. L’astrophysicien Jason Wang y montre quatre planètes géantes en orbite autour de l’étoile HR 8799, à 133,3 années-lumière de la Terre, dans la constellation de Pégase. Le film a été mis en ligne le 7 février 2023 par Northwestern University. Ce sont des images du ciel, pas une vue d’artiste.

L’étoile a 30 millions d’années, une fois et demie la masse du Soleil et cinq fois sa luminosité. Ses quatre compagnes pèsent chacune plusieurs fois Jupiter et tournent très loin : de 16,4 à 68 unités astronomiques, soit jusqu’à 68 fois la distance de la Terre au Soleil. Les découvreurs y voyaient « une version agrandie de la partie externe de notre Système solaire » (Marois et collègues, 2008). Dans le time-lapse de douze ans publié le 7 février 2023, la planète géante HR 8799 b n’accomplit que 2,6 % de son orbite de 465,8 ans.

« Il est en général difficile de voir des planètes en orbite », explique Jason Wang. « On ne se rend pas compte que Jupiter ou Mars tournent autour du Soleil, parce que nous vivons dans le même système et que nous n’en avons pas de vue en plongée. Les événements astronomiques se produisent soit trop vite, soit trop lentement pour tenir dans un film. Mais cette vidéo montre des planètes qui bougent à l’échelle humaine. J’espère que cela permettra aux gens d’apprécier quelque chose de merveilleux. »

Wang et ses collègues ont observé le système une fois par an pendant douze ans, au W. M. Keck Observatory, à Hawaï.

Douze ans de film, un arc d’orbite

Les périodes orbitales expliquent cette lenteur apparente. HR 8799 e, la plus intérieure, boucle son tour en 57 ans. HR 8799 b, la plus extérieure, met 465,8 ans (NASA Exoplanet Catalog). Douze ans d’observation couvrent donc un cinquième d’orbite pour la première, et à peine un quarantième pour la dernière.

Plus une planète est loin, plus son tour est long, et moins le film en montre. L’intérieure HR 8799 e livre 21 % d’une orbite. La plus lointaine en livre 2,6 %. Aucune des quatre n’a été vue boucler un tour complet, et c’est déjà beaucoup à l’échelle d’une vie humaine.

Comment on photographie une planète noyée dans son étoile

L’obstacle est le contraste de luminosité. Marois et ses collègues le nommaient dès 2008 : l’écart d’éclat entre une planète et son étoile hôte. Deux parades s’additionnent. L’atmosphère terrestre brouille les images, et un miroir déformable corrige cette turbulence en temps réel en s’appuyant sur une étoile de référence : c’est ce qu’on appelle l’optique adaptative. Puis on efface l’étoile elle-même. L’image du jour de la NASA du 1er février 2017 diffusait une version de sept ans du même film. HR 8799 y est « volontairement occultée » au centre, et les quatre planètes apparaissent comme des points blancs.

La campagne de 2008 avait livré trois planètes, b, c et d, à 24, 38 et 68 unités astronomiques de leur étoile, toutes en mouvement antihoraire sur les images. La quatrième, HR 8799 e, a été annoncée en 2010, bien plus près. Quatre points blancs, pas un de plus.

Les images sont réelles, avec une réserve que Wang expose sur ses films orbitaux : les positions intermédiaires entre deux campagnes annuelles sont reconstituées par interpolation de mouvement. La même page fait tourner β Pictoris b sur dix-sept ans, 51 Eridani b sur quatre et Fomalhaut sur sept, au Gemini Planet Imager et au télescope spatial Hubble.

Ces quatre planètes appartiennent à un club minuscule : moins de 2 % des plus de 6 400 exoplanètes confirmées ont été photographiées directement, un chiffre relevé le 24 juillet 2026 à propos de β Pictoris d. HR 8799 reste le premier système extrasolaire à plusieurs planètes dont on ait obtenu une image directe.

Une orbite complète de HR 8799 b, entamée dans les années 2010, ne se refermera pas avant le XXVe siècle.

Article créé en collaboration avec l’IA.