La première planète qui disparaît s’est éclipsée sous les yeux du télescope TESS

Une planète géante que le télescope spatial TESS de la NASA regardait défiler devant son étoile, passage après passage, a cessé de le faire. Chaque transit devenait plus court et moins profond à mesure que la trajectoire de la planète glissait vers le bord de l’étoile, jusqu’à ce que la baisse caractéristique de la lumière stellaire ne se produise plus du tout. La planète n’a été ni détruite ni engloutie. Son orbite bascule, et les astronomes ont saisi l’instant où elle a cessé d’être alignée avec la Terre.

C’est la première planète confirmée autour d’une étoile unique dont les transits ont été vus disparaître, selon une équipe dirigée par UCLA (University of California, Los Angeles) qui publie dans The Astrophysical Journal Letters. Le coupable probable est une seconde planète géante que personne n’a encore vue directement. Son orbite inclinée tire sur sa voisine et fait vaciller les deux orbites comme une toupie. Les astronomes déduisent habituellement ce genre de changements sur des siècles ; ici, il s’est joué en l’espace d’une seule mission spatiale.

La planète disparue est TOI-2535 b, un Jupiter chaud : une géante gazeuse d’environ 0,84 fois la largeur de Jupiter qui orbite autour d’une vieille naine orange située à environ 1 000 années-lumière. Elle boucle une orbite en environ 8,2 jours, soit environ dix fois plus vite que Mercure autour du Soleil. Des centaines de Jupiters chauds sont connus. Celui-ci se distinguait parce que ses transits arrivaient jusqu’à six heures en avance ou en retard, signe que quelque chose d’autre dans le système exerçait une traction sur lui.

« C’est l’exemple le plus extrême que nous ayons vu parce que les deux planètes interagissent si fortement », a déclaré Samuel Yee, boursier postdoctoral 51 Pegasi b à UCLA et auteur correspondant de l’article. « L’orbite de la planète s’incline si rapidement que son transit a disparu pendant que nous regardions. »

Comment TESS a surpris une planète en train de disparaître

Un transit ne se produit que lorsque l’orbite d’une planète s’aligne presque exactement avec notre ligne de visée, de sorte que la planète passe entre son étoile et la Terre et bloque une infime partie de la lumière. TESS traque ces infimes baisses de luminosité sur des millions d’étoiles. Il est revenu sur TOI-2535 lors de cinq périodes d’observation distinctes étalées sur sept ans, et des télescopes au sol ont comblé les transits entre ces périodes, y compris de petits observatoires en Croatie, au Chili, en Suisse et en Australie.

L’équipe a mesuré deux choses pour chaque transit. L’une était la chronométrie, déterminée à deux ou trois minutes près et comparée au calendrier qu’aurait un orbite parfaitement régulière. L’autre était la forme. Un passage au milieu de l’étoile donne une baisse longue et profonde, tandis qu’un passage près du bord donne une baisse courte, peu profonde et rasante. Les astronomes appellent cette ligne de passage le paramètre d’impact, et pour TOI-2535 b, il a augmenté régulièrement d’une période d’observation à l’autre.

Reconstituée, la trajectoire de la planète semble avoir balayé plus de la moitié de la face de l’étoile, traversant l’équateur stellaire en route vers le bord. Dans les dernières données de TESS, il n’y avait aucun transit dans la fenêtre où la planète aurait dû apparaître, même en tenant compte de ses variations de six heures. Pour tester ce résultat vide, l’équipe a implanté de faux transits dans les données : une planète effleurant à peine le bord aurait encore été détectée environ la moitié du temps.

Les mesures de l’oscillation de l’étoile avec le spectrographe NEID sur le télescope WIYN de 3,5 mètres à Kitt Peak, en Arizona, pointent vers une planète d’environ la masse de Jupiter sur l’orbite de transit. Elles présentent également une dispersion supplémentaire qu’une seule planète ne peut expliquer.

Un voisin que personne n’a vu

Les auteurs ont modélisé ensemble les variations de chronométrie et le rétrécissement des transits. Les deux correspondent à une planète compagne proche dont l’orbite est inclinée d’au moins cinq degrés par rapport à celle de TOI-2535 b. Lorsque deux orbites sont inclinées de la sorte, leurs plans pivotent lentement, à la manière dont l’axe d’une toupie trace un cercle, et la trajectoire de la planète en transit dérive sur la face de son étoile.

La compagne cachée est probablement au moins aussi massive que Saturne. Elle semble également se trouver dans ou près d’une résonance, ce qui signifie que les deux périodes orbitales forment un rapport simple. Les solutions les plus probables se regroupent autour des rapports 2:1 et 3:2, bien que 3:1 et 4:1 restent également possibles. Cela ferait du système une rareté à double titre : les Jupiters chauds ont rarement des voisins proches, et quand ils en ont, le voisin est presque toujours une petite planète, pas une seconde géante.

Le co-auteur Erik Petigura compare l’effet aux éclipses. « Si l’orbite de la Lune autour de la Terre était parfaitement alignée avec l’orbite de la Terre autour du Soleil, nous verrions une éclipse chaque mois », a-t-il déclaré. « Mais parce que l’orbite de la Lune est inclinée, les éclipses sont moins fréquentes. »

Plus rapide que toute inclinaison planétaire jamais observée

D’autres planètes ont été surprises en train de modifier leurs transits, mais plus lentement. TOI-216 b et K2-146 c sont passées de transits rasants à des transits complets en 4,5 et trois ans, et une planète du système TOI-4504 a commencé à transiter trois ans après que les astronomes l’ont observée pour la première fois. Les plans orbitaux de TOI-4504 et TOI-216 oscillent sur des cycles d’environ 250 et 150 ans. Les modèles qui fonctionnent pour TOI-2535 pointent vers un cycle de quelques décennies.

Sa variation de chronométrie de six heures, environ 3 % de la période orbitale, est parmi les plus grandes jamais observées pour une planète géante à courte période. De tels changements sont rares : une recherche portant sur 561 systèmes de la mission Kepler de la NASA n’a trouvé que 15 cas présentant des changements significatifs à long terme de la durée du transit. Les systèmes compacts à plusieurs planètes ont également tendance à être plats, avec des orbites alignées à 1 ou 2 degrés près.

Il y avait eu un indice antérieur d’un acte de disparition. Un candidat Kepler appelé KOI-120.01 s’est estompé et a disparu au cours de cette mission, mais son système contient au moins deux étoiles, et le signal pourrait provenir d’une paire d’étoiles à éclipses plutôt que d’une planète. TOI-2535 b est le cas plus clair : une planète qui est certainement réelle et toujours là, simplement plus alignée avec nous.

Ce que la disparition ne résout pas

L’identité du voisin est la plus grande question ouverte. Aucune solution unique ne correspond aux données de manière unique, donc sa masse, sa période orbitale et le fait qu’elle orbite à l’intérieur ou à l’extérieur du Jupiter chaud restent inconnus. Certaines configurations avec des inclinaisons très fortes, jusqu’à environ 60 degrés, correspondaient aux données sur de courtes périodes mais avaient tendance à s’effondrer lors de simulations longues, ce qui favorise des inclinaisons plus douces.

L’inclinaison minimale de cinq degrés dépend également de cette planète invisible. Si elle est confirmée, TOI-2535 rejoindrait une courte liste de systèmes compacts avec des orbites aussi désalignées. L’étoile hôte apporte sa propre énigme : c’est une vieille naine orange d’environ 0,86 fois la masse du Soleil, se déplaçant assez vite pour appartenir très probablement au disque épais de la Voie lactée, une population stellaire plus âgée, même si déterminer son âge nécessite des mesures de sa chimie.

Il y a ensuite la formation. Un Jupiter chaud avec un partenaire géant aussi proche n’aurait pas pu être projeté vers l’intérieur sur une orbite allongée, la voie que l’on pense produire la plupart des Jupiters chauds. Une dérive lente vers l’intérieur à travers le disque de gaz autour de la jeune étoile explique la résonance, mais ce disque aurait également dû aplatir les orbites. Quelque chose de plus tard a dû les incliner, et l’article énumère des mécanismes candidats sans en choisir un.

« Parce que TOI-2535 b a un voisin proche, elle a probablement migré en spiralant lentement vers l’intérieur plutôt qu’en étant projetée », a déclaré Yee. « Nous voyons peut-être un canal de formation qui ne se produit pas très souvent mais qui est très intéressant. »

Questions des lecteurs sur la planète disparue

Qu’est-ce qu’une planète disparue ?

C’est une planète dont les transits, les petites baisses de luminosité stellaire qu’elle provoque en traversant son étoile, cessent de se produire. TOI-2535 b est le premier cas confirmé autour d’une étoile unique. La planète existe toujours ; son orbite s’est inclinée de sorte qu’elle ne passe plus entre son étoile et la Terre.

Pourquoi TOI-2535 b a-t-elle cessé de transiter ?

La gravité d’une planète voisine cachée sur une orbite inclinée fait précéder les deux orbites, ou les fait osciller comme une toupie qui vacille. Au cours des sept années d’observations de TESS, la trajectoire de la planète a glissé du centre de la face de l’étoile vers son bord, puis hors de celui-ci.

TOI-2535 b transitera-t-elle à nouveau ?

Oui, mais pas de sitôt. L’équipe de UCLA s’attend à ce que la planète traverse à nouveau son étoile d’ici 30 à 50 ans. Sa voisine cachée pourrait apparaître plus tôt, si son orbite inclinée s’aligne d’abord avec la Terre.

La suite

TESS a observé le système entre avril 2019 et mars 2026, et les transits étaient absents lors de cette dernière période de mars. L’étude a été publiée le 9 novembre 2026. Avec seulement les quatre premières années de données de TESS, note l’équipe, le rétrécissement des transits n’aurait pas été détecté de manière fiable, et la base de temps croissante de TESS devrait révéler davantage de systèmes comme celui-ci. Identifier le voisin nécessitera des mesures plus denses de l’oscillation de l’étoile. La planète elle-même ne traversera plus son étoile avant 30 à 50 ans, donc son compagnon caché pourrait être la prochaine chose que quelqu’un verra.

Référence : Yee et al., « A TESS Disappearing Act: The Vanishing Transits of TOI-2535 b, » The Astrophysical Journal Letters, 2026. DOI: 10.3847/2041-8213/aeb4a4

Étiquettes: astronomie, nasa, exoplanètes, TESS, Jupiter chaud, TOI-2535 b