À l'origine, les chercheurs souhaitaient étudier l'évolution de Beta Pictoris b, une exoplanète déjà bien connue du système. Mais en analysant les images obtenues avec l'instrument ERIS, un spectrographe imageur à haute résolution, du Very Large Telescope (VLT) de l'Observatoire européen austral (ESO), un faible signal attire leur attention. « Cette découverte est totalement fortuite », explique Ben Sutlieff (University of Edinburgh), co-auteur principal de l'étude. « Nous cherchions à mieux comprendre l'évolution de Beta Pictoris b lorsque nous avons remarqué un second objet. »
Pour confirmer cette observation, l'équipe explore les archives du VLT ainsi que celles du télescope spatial James Webb (JWST). La nouvelle planète apparaît sur plusieurs images, à peine visible, masquée par l'éclat de son étoile et de sa voisine plus lumineuse. « La planète Beta Pictoris d jouait à cache-cache avec nous depuis plus de dix ans ; aujourd'hui seulement, nous pouvons enfin dire : "nous t'avons trouvée !" », résume avec humour Jayne Birkby, astronome à l'Université d'Oxford.
Beta Pictoris d est une géante gazeuse comparable à Jupiter ou Saturne, mais avec une masse d'environ 2,4 fois celle de Jupiter, soit près de quatre fois moins que les deux autres planètes déjà connues du système. Plus froide, elle est aussi 100 fois moins lumineuse que Beta Pictoris b, ce qui en fait l'exoplanète la plus faible jamais imagée directement depuis la Terre.
Au-delà de la performance technique, cette nouvelle planète permet de mieux comprendre l'organisation du système Beta Pictoris. Sa masse et son orbite expliquent notamment certaines caractéristiques du disque de débris entourant l'étoile, vestige de la formation des planètes. Avec désormais trois exoplanètes détectées par imagerie directe, Beta Pictoris devient seulement le deuxième système planétaire, après HR 8799, à présenter une telle configuration, offrant un laboratoire unique pour étudier la formation et l'évolution des planètes géantes.
Enfin, cette découverte met en lumière la richesse des archives astronomiques. « Les détections dans les données historiques de SPHERE sont passionnantes en elles-mêmes, mais elles montrent surtout que de nombreux trésors restent probablement cachés dans les archives des instruments du VLT », souligne Valentin Christiaens, chercheur au CEA-Irfu et co-auteur de l'étude. Une perspective encourageante à l'heure où la prochaine génération d'instruments, notamment ceux de l'Extremely Large Telescope (ELT), permettra de rechercher des planètes encore plus discrètes autour d'étoiles proches.
Cette avancée repose en partie sur les nouveaux algorithmes de traitement de données haut-contrastes développés par le CEA/Irfu. Preuve de leur efficacité : parmi les 6 détections de la nouvelle exoplanète, 3 ont été réalisées par l'institut à partir des archives de SPHERE. Une réussite qui démontre tout le potentiel de ces nouveaux outils tirant profit de l'information spectrale dans les données, encore en cours de développement.