Une planète tourne à l’envers autour d’une naine rouge, sans géante voisine à blâmer

Une planète située à 72 années-lumière de la Terre tourne autour de son étoile dans le mauvais sens. GJ 3090 b, un monde un peu plus de deux fois plus large que la Terre, se déplace autour de sa naine rouge dans le sens opposé à la rotation de l’étoile elle-même, incliné d’environ 136 degrés par rapport à la position que les planètes sont censées occuper. C’est la première planète jamais découverte orbitant en sens inverse autour d’une naine rouge, le type d’étoile le plus courant de la galaxie.

Les planètes rétrogrades sont rares, mais pas inédites. Dans tous les cas antérieurs d’une orbite aussi fortement désalignée dans un système à plusieurs planètes, les astronomes pouvaient désigner un coupable : une étoile compagne ou une planète géante externe dont la gravité, sur des millions d’années, a dévié une voisine de sa trajectoire. Autour de GJ 3090, il n’y a pas de tel perturbateur. Cette absence est la véritable nouveauté, car elle suggère que la planète a pu naître dans un disque de gaz et de poussière qui tournait déjà dans le mauvais sens.

« À notre grande surprise, non seulement la planète GJ 3090 b a une orbite fortement désalignée, mais elle orbite aussi de manière rétrograde », a déclaré Yann Carteret, doctorant à l’Université de Genève et premier auteur de l’étude publiée dans Astronomy & Astrophysics.

La planète est une sous-Neptune, d’environ 2,2 fois le rayon terrestre et 4,5 fois sa masse, et elle boucle une orbite en environ 2,9 jours. Son étoile, une naine rouge de type M dans la constellation australe du Phénix, est plus petite et plus froide que le Soleil. Le système contient également au moins une autre planète, une sous-Neptune confirmée sur une orbite de 16 jours, plus une candidate à 13 jours.

Comment ils ont repéré une planète en orbite rétrograde

Personne ne peut photographier l’orbite directement. L’équipe l’a déduite de la lumière stellaire, à l’aide d’une astuce connue sous le nom d’effet Rossiter-McLaughlin. Une étoile en rotation a un côté qui se tourne vers nous et un autre qui s’éloigne, de sorte que la lumière du premier côté est légèrement décalée vers le bleu et celle du second vers le rouge. Lorsqu’une planète traverse la face de l’étoile, elle masque une partie d’un côté puis de l’autre. L’ordre dans lequel elle les occulte révèle sa direction de déplacement.

Pour une planète allant dans le sens normal, la moitié qui s’approche est masquée en premier. GJ 3090 b les masque dans l’ordre inverse.

Le signal est minuscule. Un transit ici dure environ une heure et quart, la planète est petite et l’étoile tourne lentement. L’équipe a utilisé NIRPS, un spectrographe proche infrarouge installé sur le télescope de 3,6 mètres de l’Observatoire européen austral à La Silla au Chili, construit par un consortium dirigé par l’Université de Genève et l’Université de Montréal. Les naines rouges brillent bien plus fort dans l’infrarouge que dans la lumière visible, c’est pourquoi un instrument infrarouge a pu accomplir ce que les instruments optiques peinent à faire.

Les chercheurs ont observé six transits avec NIRPS, dont quatre simultanément avec l’ancien spectrographe HARPS, collectant 193 spectres sur environ 23 heures. Plutôt que de chercher l’oscillation classique de la vitesse globale de l’étoile, trop faible pour être détectée, ils ont utilisé une méthode appelée RM Revolutions qui analyse la lumière provenant de la bande exacte de l’étoile cachée derrière la planète à chaque instant. GJ 3090 b est désormais la plus petite planète autour d’une naine rouge avec une mesure complète de l’inclinaison tridimensionnelle.

Où se situe 136 degrés

Dans notre Système solaire, les planètes orbitent à moins d’environ 7 degrés de l’équateur du Soleil, et chacune d’elles suit le même sens que la rotation du Soleil. Un angle de 90 degrés signifierait une orbite polaire, passant au-dessus des pôles de l’étoile. Tout ce qui est au-dessus de 90 est rétrograde. À 136 degrés, GJ 3090 b est plus proche d’une inversion complète que d’une orbite latérale.

Cela la place parmi les planètes les plus inclinées pour lesquelles les astronomes disposent d’une mesure tridimensionnelle, aux côtés de deux géantes gazeuses, KELT-19 b et TOI-1710 b. C’est également seulement le sixième système confirmé à plusieurs planètes qui contient une planète inclinée de plus de 70 degrés. Dans les cinq autres, note l’équipe, il y a toujours soit une étoile compagne binaire large, soit une planète externe massive capable de causer les dégâts.

Les naines rouges rendent le résultat encore plus étrange. On pense que leurs couches externes profondes et agitées exercent de fortes marées sur les planètes proches, ramenant progressivement les orbites inclinées à l’alignement. GJ 3090 b semble avoir échappé à cette correction, très probablement parce qu’elle est petite et se situe juste assez loin, à environ 13 fois le rayon de l’étoile, pour que l’attraction des marées reste faible.

Le coupable manquant et un disque de seconde main

L’équipe est partie à la recherche d’un perturbateur caché. En combinant des années de données de vitesse radiale de HARPS et NIRPS, l’imagerie à haute résolution par tavelures et les mesures du télescope spatial Gaia, ils ont exclu toute étoile compagne à moins de 3 unités astronomiques environ, et toute planète plus lourde que Jupiter à moins de 15 unités astronomiques, en supposant qu’elle orbite dans le même plan que GJ 3090 b. Tout objet plus lourd que 13 masses de Jupiter, la limite au-dessus de laquelle on considère qu’un objet est une naine brune, est exclu jusqu’à 100 unités astronomiques sous la même hypothèse.

« L’absence d’un compagnon massif pour expliquer cette orbite inhabituelle nous poussera à explorer d’autres hypothèses », a déclaré le co-auteur Vincent Bourrier de l’Université de Genève.

Leur explication privilégiée est un disque de deuxième génération. Après que le disque originel de l’étoile se soit dissipé, la jeune naine rouge a pu balayer du gaz et de la poussière frais venus du milieu interstellaire. Cette matière arriverait avec une orientation aléatoire, et dans ce cas, elle est arrivée en rotation opposée à l’étoile. Les planètes se seraient alors formées à l’intérieur de ce disque incliné et auraient migré vers l’intérieur ensemble. Les auteurs relient cette idée aux disques dits de Peter Pan, des disques de naines rouges qui continuent d’alimenter leurs étoiles pendant des dizaines de millions d’années, bien au-delà des prévisions des modèles.

Leur calcul ajoute une contrainte. Pour que l’étoile ne se réaligne pas avec le nouveau disque, elle n’aurait pu avaler moins d’environ 1 500 masses terrestres de matière, ce qui, aux proportions standard, représente environ 15 masses terrestres de poussière. Les planètes à elles seules représentent une grande partie de cette quantité, de sorte que la majeure partie de la poussière du disque a dû se retrouver dans les planètes plutôt que de tomber sur l’étoile.

Ce que cela ne règle pas

La valeur de 136 degrés comporte de larges barres d’erreur, d’environ 118 à 160 degrés. L’équipe exclut une orbite polaire à 2,5 sigma, un résultat significatif mais bien en deçà du seuil de 5 sigma que les physiciens réservent aux découvertes. L’inclinaison tridimensionnelle complète dépend également d’estimations de la période de rotation, du rayon et de l’inclinaison de l’étoile, et pas seulement des données de transit.

L’ajustement final repose sur cinq nuits d’un seul instrument. Un transit NIRPS avec un signal faible a été écarté, et les données HARPS étaient trop faibles pour contraindre l’angle, donc aucun second instrument ne confirme indépendamment la direction.

La recherche de compagnons présente une faille que les auteurs exposent clairement. Leurs limites supposent qu’un éventuel géant caché orbite dans le même plan que GJ 3090 b. Un corps massif sur une orbite fortement inclinée n’est pas entièrement exclu. Le scénario du disque de deuxième génération est une inférence à partir de ce qui manque, et non quelque chose que quiconque a observé.

Questions fréquentes sur les planètes rétrogrades

Qu’est-ce qu’une planète rétrograde ?

Une planète rétrograde orbite autour de son étoile dans le sens opposé à la rotation de l’étoile elle-même. Les planètes se forment à partir du même disque en rotation qui alimente leur étoile, elles partagent donc normalement sa direction. Une orbite rétrograde signifie que quelque chose a incliné la planète ou son disque de naissance de plus de 90 degrés.

Comment les astronomes savent-ils dans quel sens une planète orbite ?

Ils observent la planète passer devant son étoile et mesurent comment la couleur de la lumière stellaire se déplace. Parce qu’un côté d’une étoile en rotation s’approche de nous et l’autre s’éloigne, l’ordre dans lequel la planète bloque chaque côté montre sa direction de déplacement. C’est l’effet Rossiter-McLaughlin.

Y a-t-il quelque chose qui orbite en sens inverse dans notre Système solaire ?

Aucune planète n’orbite autour du Soleil en sens inverse, et les huit restent proches de l’équateur du Soleil. Certaines lunes le font : la plus grande lune de Neptune, Triton, orbite contre la rotation de la planète et serait un objet capturé. Vénus tourne sur elle-même en sens inverse, mais son orbite suit le sens normal.

GJ 3090 b pourrait-elle abriter la vie ?

L’étude ne dit rien sur la vie. La planète tourne autour de son étoile en moins de trois jours, bien plus près que Mercure ne l’est du Soleil. Avec environ 4,5 masses terrestres et 2,2 rayons terrestres, c’est une sous-Neptune, une classe généralement considérée comme portant une épaisse enveloppe gazeuse plutôt qu’une surface rocheuse exposée.

La planète a été identifiée pour la première fois par le télescope spatial TESS de la NASA et confirmée en 2022. Les transits NIRPS à l’origine de la nouvelle mesure ont été enregistrés en 2024, et l’article a été accepté par Astronomy & Astrophysics en août 2026 et publié en septembre. Le scénario des auteurs fait une prédiction testable : si chaque planète du système s’est formée dans le même disque incliné, les jumeaux de GJ 3090 b devraient partager son inclinaison rétrograde. La prochaine étape consiste à mesurer leurs orbites également, ce qui sera difficile car la planète de 16 jours ne transite jamais devant son étoile depuis notre point de vue.

Référence : Carteret et al., « Upside down : GJ 3090 b, la première exoplanète rétrograde autour d’une naine M détectée avec NIRPS », Astronomy & Astrophysics, 2026. DOI : 10.1051/0004-6361/202661989

Étiquettes: astronomy, ESO, exoplanètes, GJ 3090 b, La Silla Observatory, NIRPS