Discovery of 30 exocomets in a young
planetary system
ENGLISH VERSION HERE
Scientific Reports 12, 5855 (2022) https://www.nature.com/articles/s41598-022-09021-2
L'article publié par Scientific Reports (Springer Nature) présente la détection de 30 exocomètes dans le système planétaire jeune de β Pictoris. Ces comètes en orbite autour d'une étoile autre que le Soleil ont été découvertes grâce à des observations obtenues avec l'observatoire TESS de la NASA. Ces travaux ont été réalisés par une équipe dirigée par Alain Lecavelier des Etangs (IAP-CNRS) avec une étudiante de l’École nationale supérieure des mines de Paris, des chercheurs de l'Institut d'astrophysique de Paris (IAP-CNRS, Sorbonne Université), de l’Observatoire de Haute Provence, du Laboratorio Nacional de Astrofisica au Brésil, du Laboratoire d’études spatiales et d’instrumentation en astrophysique (Observatoire de Paris-CNRS, PSL, Sorbonne Université, Université Paris Cité), de l’Observatoire de Leiden aux Pays Bas et de l’Institut de planétologie et d'astrophysique de Grenoble (CNRS, UGA). L’analyse des observations collectées par le satellite TESS a permis déterminer la taille des noyaux de ces 30 comètes qui font entre 3 et 14 kilomètres de diamètre.
Mieux encore, le grand nombre de détections permet de déterminer la distribution de la taille de ces objets célestes, c'est à dire combien il y de petites comètes relativement au nombre de grosses comètes. C'est la première fois que la distribution de la taille de petits corps est mesurée dans un système extrasolaire. Ou, en d'autres termes, c'est seulement le deuxième système planétaire après le Système solaire pour lequel nous avons des informations sur la distribution en taille des objets qui le composent.
La connaissance de la distribution de la taille des comètes et des astéroïdes est importante car cette distribution résulte directement de processus qui ont eu lieu lors de la formation planétaire. C'est pourquoi de nombreux travaux ont été menés pour la mesurer précisément dans le Système solaire. Aujourd'hui, pour la première fois, elle est mesurée ailleurs.
Dans l'article publié dans Scientific Reports de Springer Nature, il est démontré que la taille des noyaux d'exocomètes dans le système planétaire de β Pictoris est étonnamment similaire à celle des comètes du Système solaire. La distribution observée correspond à la distribution attendue dans le cas d'une population d'objets qui résulte d'une cascade de collisions et de fragmentations.
Ce nouveau résultat montre
l'importance des collisions dans les processus qui déterminent la taille des
objets. Sachant que la chute de comètes sur la Terre est un candidat sérieux
pour l’origine de l’eau sur notre planète, nous sommes interpelés par la similitude
de l’histoire des comètes dans le système planétaire de Bêta Pictoris et dans
le Système solaire. Tout cela montre l’importance des interactions entre les
planètes et les petits corps tels les astéroïdes ou les comètes, car elles
déterminent la physionomie des systèmes planétaires et l’histoire des objets
qui le composent.
Fig. 1. Répartition
de la taille des exocomètes découvertes dans le système planétaire de
β Pictoris.
Alors que 16 exocomètes font entre 3 et 4 kilomètres de diamètre, seulement 4 ont un diamètre compris entre 6 et 8 kilomètres et une seule comète a un diamètre compris entre 8 et 10 kilomètres. Cette rapide décroissance du nombre d'objets pour les grandes tailles est caractéristique des objets produits par collision et fragmentation.
Crédit: A. Lecavelier des Etangs, IAP-CNRS
(https://www.iap.fr/users/lecaveli/BetaPic_exocomets/Images/Histogramme_FR.PNG)
Fig. 2. Vue d'artiste
des exocomètes en orbite autour de l'étoile β Pictoris.
Crédit: ESO/L. Calçada (https://www.eso.org/public/images/eso1432a)
Fig. 3. Courbes
de lumière du transit d'une comète, telles que prédite et observée pour
β Pictoris
La figure de gauche montre la courbe de lumière de β Pictoris observée avec TESS lors du passage d'une exocomète devant cette étoile le 2 janvier 2019 (Lecavelier des Etangs et al. 2022; voir aussi Zieba et al. 2019; Pavlenko et al. 2022).
La figure de droite montre la courbe de lumière théorique prédite il y a plus de 20 ans par A. Lecavelier des Etangs, A. Vidal-Madjar & R. Ferlet (Astronomy & Astrophysics 1999).
Crédit: A. Lecavelier des Etangs, IAP-CNRS
(https://www.iap.fr/users/lecaveli/BetaPic_exocomets/Images/TESSS_LC_FR.PNG)
(https://www.iap.fr/users/lecaveli/BetaPic_exocomets/Images/Theo_LC_FR.PNG)
Fig. 4. Distribution
de la taille des exocomètes dans le système planétaire de β Pictoris.
La taille de chacune des 30 exocomètes est indiquée par un carré bleu. Le trait rouge indique la distribution attendue pour une population d'objets produits par des collisions.
Crédit: A. Lecavelier des Etangs, IAP-CNRS
(https://www.iap.fr/users/lecaveli/BetaPic_exocomets/Images/Distribution_FR.PNG)
Titre et résumé de l'article
"Exocomets size distribution in the β Pictoris planetary system"
Alain Lecavelier des Etangs1,*, Lucie Cros1,2, Guillaume Hébrard1,3, Eder Martioli1,4, Marc Duquesnoy5, Matthew Kenworthy6, Flavien Kiefer1,5, Sylvestre Lacour5, Anne-Marie Lagrange5, Nadège Meunier7, and Alfred Vidal-Madjar1
1Institut d’Astrophysique de Paris, CNRS, UMR 7095,
Sorbonne Université, 98 bis bd Arago, 75014 Paris, France
2Ecole nationale supérieure des mines de Paris, Université PSL, 60
boulevard Saint-Michel, 75272 Paris, France
3Observatoire de Haute-Provence, 04870 St Michel l’Observatoire,
France
4Laboratorio Nacional de Astrofisica, Rua Estados Unidos
154, 37504-364, Itajuba - MG, Brazil
5LESIA, Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS, Sorbonne
Université, Univ. Paris Diderot, Sorbonne Paris Cité,
5 place Jules Janssen,
92195 Meudon, France
6Leiden Observatory, Leiden University, Leiden, The Netherlands
7Univ. Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, 38000 Grenoble, France
*lecaveli@iap.fr
À paraître dans Scientific Reports (Springer Nature) 2022
Embargo jusqu'au jeudi 28 Avril 2022, 11h00 (heure de Paris)
ABSTRACT
The star β Pictoris harbors a young planetary system of
about 20 million years old, which is characterized by the presence of a gaseous
and dusty debris disk, at least two massive planets and many minor bodies. For
more than thirty years, exocomets transiting the star have been detected using
spectroscopy, probing the gaseous part of the cometary comas and tails.
The detection of the dusty component of the
tails can be performed through photometric observations of the transits. Since
2018, the Transiting Exoplanet Survey Satellite has observed β Pic for a total of 156 days. Here
we report an analysis of the TESS photometric data set with the identification
of a total of 30 transits of exocomets. Our statistical analysis shows that the
number of transiting exocomet events (N) as a function of the absorption depth
(AD) in the light curve follows a power law in the form dN(AD)
∝ AD−α, where α = 2.3 ±0.4. This distribution of absorption
depth leads to a differential comet size distribution proportional to R−γ, where γ = 3.6 ±0.8, showing a striking
similarity to the size distribution of comets in the Solar system and the
distribution of a collisionally relaxed population (γD = 3.5).