Nouvelle méthode révèle des signaux radio stellaires et exoplanétaires

Une équipe internationale, incluant le chercheur de Cornell Jake Turner, a mis au point une nouvelle méthode d'analyse capable de révéler des signaux stellaires et exoplanétaires auparavant indétectables, cachés dans des données archivées de radioastronomie. Cette innovation a conduit à la découverte de nouvelles rafales radio provenant d'étoiles naines et possiblement d'exoplanètes. La méthode d'analyse, la Spectroscopie Radio Interférométrique Multiplexée (RIMS), a montré que certains des signaux détectés sont cohérents avec des interactions étoile-planète.

Les résultats, intitulés « La détection de rafales radio polarisées circulairement provenant de systèmes stellaires et exoplanétaires », ont été publiés dans Nature Astronomy le 27 janvier.

Les télescopes radio modernes collectent des volumes colossaux de données ; les images synthétisées sont utilisées pour étudier des galaxies lointaines et des trous noirs. Jusqu'à présent, ces archives n'avaient jamais été utilisées pour surveiller, minute par minute, l'activité variable des centaines d'étoiles cachées dans le champ de vision de chaque observation, ce que permet RIMS. La méthode transforme chaque observation radio en une enquête simultanée sur des centaines voire des milliers d'étoiles, à l'image d'un filet qui capture de nombreux poissons là où une seule canne à pêche n'en attraperait qu'un.

« RIMS exploite chaque seconde d'observation, dans des centaines de directions à travers le ciel. Ce que nous faisions auparavant source par source, nous pouvons désormais le faire simultanément », a déclaré Cyril Tasse, chercheur à l'Observatoire de Paris et auteur principal de l'étude. « Sans cette méthode, il aurait fallu près de 180 ans d'observations ciblées pour atteindre le même niveau de détection. »

En appliquant RIMS à plus d'1,4 an de données collectées par le télescope radio européen LOFAR dans le cadre du grand relevé du ciel LoTSS, l'équipe a généré pas moins de 200 000 spectres dynamiques à partir d'étoiles isolées ou d'étoiles hébergeant des exoplanètes.

Parmi les signaux révélés par RIMS figurent des rafales cohérentes avec des événements stellaires violents, analogues aux éjections de masse coronale solaire.

Plus remarquablement encore, certains signaux présentent toutes les caractéristiques attendues des interactions magnétiques étoile-planète, un mécanisme comparable à celui produisant certaines émissions aurorales sur Jupiter, ont indiqué les chercheurs.

Ces signatures radio pourraient représenter certaines des premières preuves solides d'interactions magnétiques entre étoiles et exoplanètes ainsi que d'aurores exoplanétaires, suggérant l'existence probable de magnétosphères exoplanétaires, a expliqué Turner, chercheur associé au Cornell Center for Astrophysics and Planetary Science et membre de l'Institut Carl Sagan, au sein du College of Arts & Sciences.

« Nos résultats indiquent que certaines des rafales radio, notamment celles du système exoplanétaire GJ 687, sont compatibles avec une planète proche perturbant le champ magnétique stellaire et générant une émission radio intense. Plus précisément, notre modélisation montre que ces rafales radio nous permettent de poser des limites sur le champ magnétique de la planète de la taille de Neptune GJ 687 b, offrant une rare manière indirecte d'étudier les champs magnétiques sur des mondes au-delà de notre Système solaire », a déclaré Turner.

« Les exoplanètes avec ou sans champ magnétique se forment, se comportent et évoluent très différemment. Il est donc crucial de comprendre si les planètes possèdent de tels champs. Plus important encore, les champs magnétiques peuvent aussi être essentiels pour maintenir l'habitabilité des exoplanètes, comme c'est le cas pour la Terre », a ajouté Turner.

La percée RIMS ouvre une nouvelle voie pour l'astronomie radio à basse fréquence, puisque RIMS transforme efficacement chaque réseau de télescopes radio en un détecteur puissant de signaux radio variables provenant d'étoiles proches. La nouvelle technique a été appliquée avec succès au nouveau télescope radio français à basse fréquence NenuFAR et a permis la détection d'une rafale provenant d'un système étoile-planète. Cet article, coécrit par Turner, a été publié l'an dernier dans Astronomy & Astrophysics.

« Cette étude avec NenuFAR pourrait représenter seulement la deuxième détection directe jamais réalisée d'une émission radio provenant d'une exoplanète, après ma découverte précédente d'une émission radio de Tau Boötes, qui était la première détection possible de ce type », a déclaré Turner. « Nous poursuivons maintenant des observations ciblées de suivi pour confirmer l'origine planétaire des deux signaux. Une détection confirmée offrirait une nouvelle méthode puissante pour sonder le champ magnétique d'une exoplanète. »

Les futurs télescopes radio terrestres, spatiaux et lunaires pourront tous utiliser cette nouvelle technique, a indiqué Turner, et devraient révéler des milliers de nouveaux signaux radio, ouvrant la voie à une exploration statistique à grande échelle des émissions radio stellaires et des interactions étoile-planète dans notre voisinage galactique.