La planète invisible dans la lumière courbée ✛

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La lumière d'une étoile lointaine n'est pas un phare parfait. En traversant le champ gravitationnel d'une autre étoile, elle se courbe, se divise et s'amplifie, créant un anneau d'Einstein éphémère dans le ciel. C'est ainsi que se manifeste la lentille gravitationnelle, prédite dès les années 1930 par Fritz Zwicky. L'effet repose sur la solution exacte des équations d'Einstein obtenue par Karl Schwarzschild en 1916. Mais si la lentille possède un compagnon discret — disons, une planète massive — la courbe de lumière cesse d'être lisse. Elle présente alors des pics doubles et aigus, semblables au tremblement de la flamme d'une bougie sous un courant d'air invisible. C'est ce tremblement que le télescope TESS a capté en avril 2023, lorsque son objectif a par hasard attrapé l'événement Gaia23bra.

Pendant 117 jours, l'étoile-lentille — une naine orange peu brillante située à 15 000 années-lumière — a glissé lentement devant une étoile d'arrière-plan dans le plan de la galaxie. Les relevés au sol ont enregistré une montée progressive de la luminosité, et l'événement a d'abord été classé comme une lentille unique. Cependant, la caméra de TESS, qui prenait des images toutes les 200 secondes, a discerné quelque chose de plus : deux pics aigus séparés par un intervalle de deux semaines. C'étaient des croisements de caustiques — des « reflets » gravitationnels caractéristiques d'une lentille binaire. La modélisation mathématique a montré que la lentille est composée d'une étoile de 0,8 masse solaire et d'un compagnon de 2,2 masses joviennes, orbitant à 4,2 unités astronomiques — un géant exoplanète froid semblable à notre Jupiter.

La découverte de Gaia23bra b n'est pas une simple curiosité. Elle démontre clairement que les relevés systématiques du ciel, initialement destinés à la recherche de planètes par méthode du transit, peuvent devenir un outil efficace de lentille gravitationnelle dans les régions que les télescopes spécialisés n'atteignent pas. Contrairement au bulbe, où travaillent les réseaux au sol, l'événement s'est produit dans le disque épais de la galaxie, et c'est là que pourraient se cacher des centaines de mondes similaires, invisibles pour la méthode du transit comme pour la spectroscopie Doppler. Chacun de ces mondes est un témoin de l'évolution de la matière, de l'hydrogène primordial du Big Bang aux systèmes planétaires. De plus, chaque planète découverte au-delà de la ligne des neiges ajoute des statistiques à notre compréhension de la formation des géantes gazeuses et des raisons de leur migration. Et la lentille gravitationnelle de masse est l'un des rares moyens de vérifier si la matière noire ne serait pas en partie constituée d'objets compacts massifs comme des trous noirs, dont les lentilles sont également recherchées de la même manière.

Les perspectives sont enthousiasmantes. Déjà, les archives de TESS et de Gaia sont passées au crible pour trouver d'autres courbes de lumière anormales avec des pics rapides. La prochaine étape sera l'Observatoire Vera Rubin, dont le relevé décennal LSST couvrira tout le plan de la galaxie, et le futur télescope spatial Roman est spécifiquement conçu pour une recherche continue de lentilles dans le bulbe. Ensemble, ils permettront de capturer des planètes par le tremblement gravitationnel de la lumière stellaire partout. Et d'ici 2030, lorsque la lentille et la source seront suffisamment séparées, la caméra ultra-sensible de Hubble ou du James Webb pourra peut-être observer directement la naine orange et son compagnon invisible, levant définitivement les incertitudes restantes.