Objet circumbinaire

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En astronomie, un objet circumbinaire est un astre en orbite autour d'une étoile binaire.

Un astre en orbite autour de la composante primaire (resp. secondaire) d'un système binaire est un objet circumprimaire (resp. circumsecondaire).

Découverte[modifier | modifier le code]

Le premier système planétaire circumbinaire confirmé a été détecté en 1993[1] autour du pulsar binaire constitué du pulsar milliseconde PSR B1620-26 et de la naine blanche WD B1620-26 situé à 12 400 années-lumière (3,8 kpc) de la Terre dans l'amas globulaire M4 de la constellation du Scorpion. Ce troisième corps, PSR B1620-26 b, a été caractérisé comme planète après cinq années d'observations[2] et ses paramètres orbitaux ont été précisés dix ans plus tard[3].

La première planète extrasolaire circumbinaire autour d'une étoile de la séquence principale a été trouvé en 2005 dans le système HD 202206 : une planète de la taille de Jupiter en orbite autour d'un système composé d'une étoile semblable au Soleil et d'une naine brune[4]. De plus, une analyse dynamique du système montre l'existence d'une résonance 5:1 entre la période orbitale de la planète et celle de la naine brune[5]. Ces observations soulèvent la question de savoir comment ce système a été formé, mais des simulations numériques montrent qu'une planète formée dans un disque circumbinaire peut migrer vers l'intérieur du système jusqu'à ce qu'elle soit capturée en résonance[6].

L'étoile binaire à éclipses HW Virginis, située à 590 ± 65 années-lumière (181 ± 20 pc) de la Terre dans la constellation de la Vierge, possède un système planétaire circumbinaire constitué de deux exoplanètes en orbite autour d'une naine rouge et d'une étoile sous-naine de type spectral B orbitant elles-mêmes l'une autour de l'autre en 0,116795 jours[7].

Une quatrième exoplanète circumbinaire a été détectée en 2010[8] autour de l'étoile binaire à éclipses DP Leonis, située à 1 300 années-lumière (400 pc[9]) dans la constellation du Lion et formée d'une naine rouge et d'une naine blanche orbitant très près l'une de l'autre en 1,5 h environ. L'objet serait une exoplanète d'environ six masses joviennes orbitant en près de 24 ans à 8,6 UA du barycentre de l'étoile binaire.

L'une des détections les plus médiatisées revient à Kepler-16b, surnommée « Tatooine » par la presse, découverte en été 2011 autour d'une binaire à éclipses constituée d'une naine rouge et d'une naine orange située à environ 200 années-lumière dans la constellation du Cygne. Il s'agit d'une géante gazeuse d'un tiers de masse jovienne et de trois quarts de rayon jovien orbitant en sept mois et demi à 0,70 UA du barycentre de son système planétaire.

L'existence d'au moins une autre planète circumbinaire avait été proposée avant d'être invalidée, par exemple pour rendre compte des propriétés d'un effet de microlentille gravitationnelle observé en juillet 1997 dans la constellation du Sagittaire entre une étoile géante ou sous-géante de type spectral K distante d'environ 26 000 années-lumière (kpc) de la Terre et une étoile binaire constituée de deux naines rouges distantes d'environ 10 000 années-lumière (kpc) de la Terre et formant le MACHO 97-BLG-41. Une première analyse avait décrit ce dernier comme formé de deux naines rouges du bulbe galactique ayant une masse totale d'environ 0,8 masses solaires avec une exoplanète circumbinaire de trois masses joviennes orbitant à environ sept unités astronomiques ; une seconde analyse a invalidé ce modèle au profit d'une étoile binaire du disque galactique dont les deux composantes cumulent une masse de 0,3 masses solaires et orbitent l'une autour de l'autre en 1,5 an à une distance de 0,9 UA.

Liste des planètes circumbinaires[modifier | modifier le code]

Planètes circumbinaires confirmées
Étoile Planète Masse mini
(MJ)
Demi-grand axe
(UA)
Période orbitale
(a)
Découverte
PSR B1620-26 b 2,5 23 100 2003
HD 202206 c 2,44 2,55 3,79 2005
HW Vir b 19,23 ± 0,24 5,30 ± 0,23 15,84 ± 0,14 2008
c 8,47 ± 0,42 3,62 ± 0,52 9,08 ± 0,22 2008
DP Leo b 6,28 ± 0,58 8,6 23,8 2009
NN Serpentis c 6,91 ± 0,54 0,7048 ± 0,001 5,38 ± 0,20 2010
d 2,28 ± 0,38 3,39 ± 0,10 7,75 ± 0,35 2010
Kepler-16 b 0,333 ± 0,016 0,7048 ± 0,001 0,6266 ± 0,0001 2011
Kepler-34 b 0,220 ± 0,0011 1,0896 ± 0,0009 288,822 ± 0,081 2012
Kepler-35 b 0,127 ± 0,02 0,603 ± 0,001 131,5 ± 0,1 2012
Planètes circumbinaires invalidées
Étoile Planète Masse mini
(MJ)
Demi-grand axe
(UA)
Période orbitale
(a)
Découverte
97-BLG-41 b ~ 3 ~ 7  ? 1999

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. (en) D. C. Backer (1993). « A pulsar timing tutorial and NRAO Green Bank observations of PSR 1257+12 » California Institute of Technology Planets around Pulsars: 11-18, Pasadena: California Institute of Technology. 
  2. (en) Stephen E. Thorsett, Z. Arzoumanian, J. H. Taylor, « PSR B1620-26 - A binary radio pulsar with a planetary companion? », Astrophysical Journal Part 2. Letters, vol. 412, no 1,‎ 1993, p. L33-L36 (DOI 10.1086/186933, Bibcode 1993ApJ...412L..33T)
  3. (en) Steinn Sigurðsson, Harvey B. Richer, Brad M. Hansen, Ingrid H. Stairs, Stephen E. Thorsett, « A Young White Dwarf Companion to Pulsar B1620-26: Evidence for Early Planet Formation », Science, vol. 301, no 5630,‎ 2003, p. 193-196 (PMID 12855802, DOI 10.1126/science.1086326, Bibcode 2003Sci...301..193S, arXiv astro-ph/0307339)
  4. (en) Correia, A. C. M.; Udry, S.; Mayor, M.; Laskar, J.; Naef, D.; Pepe, F.; Queloz, D.; Santos, N. C., « The CORALIE survey for southern extra-solar planets. XIII. A pair of planets around HD 202206 or a circumbinary planet? », Astronomy and Astrophysics, vol. 440, no 2,‎ 2005, p. 751-758 (DOI 10.1051/0004-6361:20042376, Bibcode 2005A&A...440..751C, arXiv astro-ph/0411512)
  5. (en) Couetdic, J.; Laskar, J.; Correia, A. C. M.; Mayor, M.; Udry, S., « Dynamical stability analysis of the HD 202206 system and constraints to the planetary orbits », Astronomy and Astrophysics, vol. 519, no A10,‎ 2010, p. 14 (DOI 10.1051/0004-6361/200913635, Bibcode 2010A&A...519A..10C, arXiv astro-ph/0911.1963)
  6. (en) Nelson, Richard P., « On the evolution of giant protoplanets forming in circumbinary discs », Astronomy and Astrophysics, vol. 345, no 1,‎ 2003, p. 233-242 (DOI 10.1046/j.1365-8711.2003.06929.x, Bibcode 2003MNRAS.345..233N)
  7. (en) L. L. Kiss, B. Csák, K. Szatmáry, G. Furész, K. Sziládi, « Spectrophotometry and period analysis of the sdB eclipsing binary HW Virginis », Astronomy and Astrophysics, vol. 364,‎ 2000, p. 199-204 (Bibcode 2000A&A...364..199K)
  8. (en) Qianet al., W.-P. Liao, L.-Y. Zhu et Z.-B. Dai, « DETECTION OF A GIANT EXTRASOLAR PLANET ORBITING THE ECLIPSING POLAR DP LEO », The Astrophysical Journal, vol. 708, no 1,‎ 2010, p. 66-68 (DOI 10.1088/2041-8205/708/1/L66, Bibcode 2010ApJ...708L..66Q, lire en ligne)
  9. (en) Schwope et al., V. Hambaryan, R. Schwarz, G. Kanbach et B. T. G�Nsicke, « A multiwavelength timing analysis of the eclipsing polar DP Leo », Astronomy and Astrophysics, vol. 392, no 2,‎ 2002, p. 541-551 (DOI 10.1051/0004-6361:20011651, Bibcode 2002A&A...392..541S, arXiv astro-ph/0111457)