En 2005, Warren Brown, du Smithsonian Astrophysical Observatory, remarqua quelque chose d'assez inhabituel dans le ciel: une étoile quittant la galaxie de la Voie lactée à environ 1, 5 million de miles par heure. Cette découverte étrange ne pouvait s'expliquer que par une prédiction encore plus étrange, faite près de deux décennies plus tôt par un astronome nommé JG Hills.
"Il a prédit que si vous avez deux étoiles qui gravitent autour l'une de l'autre - un système dit binaire - et qu'elles s'approchent trop du trou noir central de la Voie Lactée, elles seront déchirées", déclare Avi Loeb, astrophysicien de la SAO. "L'une des étoiles se mettra dans une orbite plus serrée autour du trou noir, et la seconde sera projetée hors de la galaxie."
Depuis la découverte de Brown en 2005, au moins 21 étoiles de l'hypervitesse (comme on les appelle maintenant) ont été observées en train de fuir rapidement de notre galaxie. Mais ce n’est que récemment que quiconque a cherché à savoir s’il pouvait également y avoir des planètes hypervélocales. «Mon collaborateur Idan Ginsburg et moi avons travaillé sur les étoiles de l'hypervélocité et, à un moment donné, je lui ai parlé de la possibilité de regarder dans les planètes», explique Loeb. «Un jour, au déjeuner, il y a eu un déclic: nous pourrions écrire un article sur eux, car il existe une méthode pour les trouver.»
La conception d'un artiste d'une planète hypervelocity en fuite. Image reproduite avec l'aimable autorisation de David Aguilar, Centre d'astrophysique Harvard-Smithsonian
Loeb avait compris qu’une planète gravitant autour de l’une de ces étoiles hypervitesse pouvait être observée par ce qu’on appelle la méthode de transit: quand une planète lointaine passe entre son étoile et notre télescope, la lumière de l’étoile s’éteint légèrement pour indiquer la présence de la planète. Tout d’abord, Ginsburg et lui-même devaient déterminer si ces planètes pourraient théoriquement exister. Leurs calculs, publiés la semaine dernière dans les Avis mensuels de la Société royale d’astronomie, allaient bien au-delà de ce qu’il soupçonnait.
Les planètes d'hypervélocité peuvent en effet exister et, selon les simulations de l'équipe de recherche, elles pourraient approcher des vitesses pouvant atteindre 30 millions de kilomètres à l'heure, ce qui en fait l'un des objets les plus rapides de l'univers connu.
"Nous avons demandé ce qui se passerait s'il y avait des planètes autour des étoiles hypervélocités", dit Loeb. "Nous avons donc commencé par simuler un système binaire, puis parsemé de planètes autour de chacune des étoiles." Leurs calculs ont montré que, si le système d'étoiles binaires était déchiré par des forces gravitationnelles près du trou noir central de la galaxie, un petit pourcentage de les planètes resteraient liées à l'une des étoiles, soit en les suivant dans leur voyage hors de la galaxie, soit en plongeant de plus près dans les profondeurs du trou noir. Cependant, la majorité des planètes seraient projetées loin de leurs étoiles mères, voyageant encore plus rapidement vers les bords de la Voie Lactée.
«Leur vitesse peut atteindre dix mille kilomètres par seconde, soit quelques pour cent de la vitesse de la lumière», explique Loeb. «Si vous imaginez une civilisation vivant sur une telle planète, elle ferait un voyage formidable.» Le voyage du centre de la galaxie au bord de l'univers observable, dit-il, prendrait 10 milliards d'années.
L'existence potentielle de planètes d'hypervélocité est bien plus qu'une simple curiosité, car elle nous renseignerait sur les conditions proches du centre de la galaxie et indiquerait si des planètes pouvaient s'y former. «C'est un environnement très inhabituel, car la densité d'étoiles y est plus d'un million de fois supérieure à celle du soleil», déclare Loeb. «La température est très élevée et de temps en temps, le trou noir au centre est alimenté en gaz. Il brille donc très fort, ce qui pourrait en principe perturber un système qui tente de créer des planètes.» Les calculs de son équipe ont montré que, Si des planètes peuvent effectivement se former dans cette zone, elles devraient être observables lorsqu'elles sont liées à des étoiles hypervélocales.
Aucune de ces planètes n’a été repérée, mais Loeb espère en trouver d’autres dans les années à venir. Tout comme les astronomes ont récemment découvert des centaines des planètes extrasolaires utilisant la méthode du transit dans le cadre de la mission Kepler de la NASA, ils peuvent examiner les étoiles de l'hypervitesse de la même manière pour repérer ces planètes en fuite. Et si les choses progressent dans le même laps de temps que la prédiction de JG Hills en 1988 sur les étoiles à hypervitesse, Loeb peut s’attendre à voir ses prédictions confirmées de son vivant - vers 2029.
