LA PLANÈTE TROP GROSSE DE L'ÉTOILE DE BOYAJIAN PORTERAIT UN ANNEAU

Les 3 et 4 septembre 2019, le satellite TESS a vu une étoile appelée KIC 8462852 perdre environ 1,1 % de sa lumière pendant à peu près 21 heures, puis la retrouver. La baisse était lisse et symétrique : exactement ce que produit un corps solide, à peu près rond, quand il passe devant son étoile. Pour cette étoile-là, c’était un changement frappant.

Une baisse nette sur une étoile agitée

Plus connue sous le nom d’étoile de Boyajian ou d’étoile de Tabby, KIC 8462852 est par ailleurs ordinaire. Pourtant, pendant les quatre années où la mission Kepler l’a surveillée, sa lumière a chuté brusquement et irrégulièrement, jusqu’à 15 % et 22 % — bien plus qu’aucune planète ne pourrait en masquer. Les baisses sont plus fortes en lumière bleue, signe de grains de poussière plutôt que d’un corps solide. Les coupables proposés vont de comètes en train de se désintégrer à une planète avalée, et même à des « mégastructures » non naturelles ; aucun n’a fait l’unanimité. Les principaux modèles ont besoin d’un compagnon massif invisible dont la gravité envoie des corps producteurs de poussière sur des orbites qui frôlent l’étoile.

Une étude récente de Madurga-Favieres et ses collègues a combiné ce transit net avec des données d’archive de vitesse radiale : le minuscule va-et-vient qu’un compagnon impose à son étoile. Ils ont trouvé un compagnon de 9,4 masses de Jupiter (quelque part entre environ 5 et 14), d’un rayon de 1,7 ± 0,1 rayon de Jupiter, sur une orbite d’au moins environ 1 030 jours. S’il est confirmé, ce pourrait être le corps longtemps recherché qui pousse les comètes de l’étoile.

Trop large pour son poids

Wei Zhu et Quanyi Liu, astronomes à l’université Tsinghua de Pékin, relèvent un problème dans ces chiffres. Une géante gazeuse plus lourde que Jupiter est soutenue surtout par des électrons très serrés qui résistent à la compression ; quand elle est froide, ajouter de la masse ne change presque pas son rayon. Les modèles et la relation masse-rayon mesurée des géantes froides concordent : 1,0 à 1,1 rayon de Jupiter d’environ 2 à 12 masses de Jupiter.

Les moyens habituels de gonfler une planète échouent ici. Une lumière stellaire intense gonfle les « Jupiter chauds » sur des orbites serrées, mais la température estimée de ce compagnon n’est que d’environ 270 kelvins, environ −3 °C. Avec environ 1,2 milliard d’années, l’étoile est aussi trop vieille pour que la chaleur restée de la formation de la planète y contribue. Un rayon de 1,7 est donc trop grand de 60 à 70 %.

Les planètes connues qui passent devant leur étoile, par masse et par rayon : le compagnon de l’étoile de Boyajian (carré rouge) se trouve bien au-dessus de la taille attendue pour une géante froide (courbe noire et bande orange). — Figure 1, Zhu et Liu (2026), arXiv:2610.34806.

Cacher une partie de l’ombre dans un anneau

La proposition est géométrique : un anneau opaque autour d’une planète plus petite masque davantage de lumière stellaire, et de loin le couple passe pour une seule planète surdimensionnée. Une géante à anneaux avait été suggérée pour cette étoile en 2018, mais seulement sous forme d’esquisse, sans ajustement des paramètres de l’anneau.

Les deux astronomes ont réanalysé les données de TESS, échantillonnées toutes les 2 minutes. Une sphère nue convient, mais elle demande environ 1,74 rayon de Jupiter et laisse un léger écart structuré près du fond de la baisse. Ils ont alors étendu leur code de transit, JoJo, à une planète munie d’un anneau plat vu sous n’importe quel angle. Ils ont fixé la planète à la taille attendue pour sa masse, 1,1 rayon de Jupiter, et rendu l’anneau entièrement opaque. Son bord extérieur devait rester à l’intérieur de la limite de Roche, la distance en deçà de laquelle les marées de la planète empêchent la matière libre de s’agglomérer en lune ; plus loin, un anneau ne tiendrait pas. Un anneau qui s’étend au-delà d’environ 5 rayons planétaires est jugé très improbable.

Un anneau dressé et une planète couchée

Les meilleures solutions avec anneau échangent l’essentiel de la taille apparente de la planète contre un anneau large et aplati :

• un bord extérieur à 3,1 à 4,4 rayons planétaires, presque à la limite de Roche ;
• vu presque par la tranche, incliné de 78 à 84° par rapport à une vue de face ;
• dressé presque à angle droit par rapport à la trajectoire de la planète devant l’étoile.

Comme nous voyons l’orbite presque par la tranche (la planète passe devant son étoile), un tel anneau est penché d’environ 80° sur l’orbite. S’il entoure l’équateur de la planète, comme celui de Saturne, ce super-Jupiter tourne couché sur le côté, comme Uranus. S’il existe, un anneau de débris aussi proche serait sans doute alimenté par des comètes ou de petites lunes brisées — peut-être la même population que celle accusée des anciennes baisses d’éclat de l’étoile.

La meilleure planète à anneau qui entre, traverse et sort de l’étoile (en haut), la baisse vue par TESS avec le modèle à anneau en rouge et le modèle de sphère nue en bleu (au milieu), et ce que la sphère laisse inexpliqué (en bas). — Figure 2, Zhu et Liu (2026), arXiv:2610.34806.

Une quasi-égalité, tranchée par la physique

Statistiquement, la lutte est serrée. L’anneau améliore d’environ 14 une mesure standard d’écart au modèle (χ²), mais il utilise deux réglages ajustables de plus. Une fois appliqué un critère qui pénalise les réglages supplémentaires (le BIC), son avantage tombe à 0,4 à 1,3 point : presque l’égalité.

L’orientation de l’anneau repose en grande partie sur une légère remontée de l’éclat environ 0,25 jour après le milieu du transit, qu’un anneau très incliné produit en commençant à quitter l’étoile plus tôt. Mais la planète passant sur une tache sombre de l’étoile pourrait causer la même bosse : tant qu’elle couvre une zone sombre, elle masque moins de lumière. Sans cette bosse, reconnaissent les auteurs, la préférence s’inverse.

Reste un argument simple. Pour masquer autant de lumière qu’observé, l’anneau doit s’étendre jusqu’à au moins 1,6 rayon planétaire — un minimum qui suppose un anneau vu exactement de face et collé à la planète. Incliné comme celui de Saturne, il lui faut au moins environ 2,4 — déjà près de la limite de Roche, qui se situe entre environ 2,5 et 5 rayons planétaires selon la densité des grains de l’anneau comparée à celle de la planète. Dans tous les cas, si un anneau explique le rayon, ce doit être un anneau large.

Les deux scénarios diffèrent le plus quand la planète entre sur le disque de l’étoile et en sort, de quelques dix-millièmes de sa lumière, à la portée des télescopes spatiaux actuels. Pour l’instant, tout repose sur un seul transit, dans des données que les auteurs eux-mêmes jugent de qualité relativement médiocre.