Une planète géante nouveau-née déjà installée très près de son soleil

Deux équipes américaines livrent parallèlement leurs études sur la jeune exoplanète géante K2-33b, découverte dans le cadre de la mission K2 de Kepler. Sa présence précoce à proximité de son soleil permet aux chercheurs de mieux comprendre comment des Neptune chauds ou, plus connus, des Jupiter chauds peuvent arriver là. Que se serait-il passé si Jupiter ou Saturne avaient très tôt migré dans le Système solaire interne ?

En bientôt 21 ans de chasse aux exoplanètes, sur les 3.280 confirmées et répertoriées par la NASA (parallèlement, l’Encyclopédie des planètes extrasolaires du site Exoplanet.euen compile 3.437), quelque 2.098 sont des Jupiters chauds, autrement dit une large majorité (64 %) ; 564 sont des géantes gazeuses, 380 des super-Terres et 224 des rocheuses. Géantes et toute proches de leur étoile-parent, ce lui leur vaut d’être très chaudes, les Jupiters chauds sont donc plus facile à détecter (principalement par vitesse radiale ou par transit) que les plus petites planètes qui, bien que plus nombreuses, sont plus discrètes…

Leur présence autour de leur soleil sur des orbites beaucoup plus resserrées que celle de Mercure n’a de cesse de tourmenter les astronomes depuis la découverte de la première, 51 Pegasi b. Rappelons que jusqu’en 1995, rien de tel n’avait encore été observé. Beaucoup s’attendaient en effet à retrouver ailleurs le même modèle que notre Système solaire. Alors, comment une géante gazeuse peut-elle arriver là, au point de se « bruler les ailes » ?

C’est en observant des cas très jeunes (la plupart des Jupiters chauds gravitent autour d’étoiles que l’on pourrait qualifier d’adulte, âgée de plus d’un milliard d’années) que les chercheurs espèrent pouvoir départager les théories qui s’affrontent. Mais ce n’est cependant pas une tâche très facile car les bébés stellaires peuvent être très turbulents si bien que, par exemple, les grandes taches qui les maculent peuvent se faire passer pour une planète en transit.

Ce lundi 20 juin, deux articles viennent d’être publiés dans Nature au sujet de planètes géantes gravitant à proximité d’étoiles qui sont de véritables nourrissons. Tous deux ont des conclusions très proches. Une de ces études, conduites par des chercheurs du CNRS, concerne un Jupiter chaud dans le giron de V830 Tau, âgée de seulement 2 millions d’années (voir « L’étrange géante gazeuse si près de son bébé soleil »), et l’autre, sous la direction de Trevor David, de Caltech, présente une grosse Neptune, K2-33b, en orbite autour d’une étoile qui a entre 5 et 10 millions d’années.

A noter que cette dernière a également fait l’objet de recherches par une équipe emmenée par Andrew Mann, de l’université du Texas à Austin. Leurs résultats, publiés parallèlement dans la revue The Astronomical Journal, sont en accord avec l’étude de leurs confrères. Ils estiment l’âge de l’étoile à 11 millions d’années.

K2-33b_dustdisk

Une (super-)Neptune, 7 fois plus proche que Mercure

K2-33b a été détectée au début de l’année par Kepler – dans le cadre de la mission K2, le satellite surveille le flux lumineux d’étoiles dans le plan de l’écliptique – au sein de l’association OB de jeunes étoiles dans la constellation du Scorpion. Des observations complémentaires avec les télescopes automatisés du projet MEarth (MEarth-North, en Arizona, et MEarth-South, au Chili, recherchent des planètes rocheuses autour de naines rouges du voisinage) ont livré à l’équipe d’Andrew Mann des informations plus détaillées sur la taille, la distance et la période orbitale de l’objet. K2-33b est donc une planète 5 fois plus grande que la Terre qui gravite à 8 millions de km de son étoile (7 fois plus près que Mercure) en 5,4 jours seulement. Une Neptune chaude, en somme.

Indépendamment, Trevor David et ses collègues, qui estiment l’âge de l’étoile entre 5 et 10 millions d’années, ont trouvé des propriétés similaires : mêmes distances et périodes orbitales, un diamètre 5,8 fois supérieur à celui de la Terre, soit 50 % plus grand que Neptune et une masse vraisemblablement comparable à notre géante glacée (au maximum, 3,6 fois celle de Jupiter).

Des observations dans l’infrarouge avec le télescope spatial Spitzer ont par ailleurs permis de mettre en évidence un fin disque de poussière, reliquat d’un disque protoplanétaire plus dense, qui s’étend à environ 300 millions de km. « Dans un premier temps, cette matière devait masquer les planètes en train de se former mais après quelques millions d’années, la poussière commence à se dissiper, raconte Anne-Marie Cody, du programme postdoc au Ames Research Center de la Nasa, dans la Silicon Valley. C’est au cours de cette fenêtre de temps que nous pouvons commencer à détecter les signatures de jeunes planètes avec K2. »

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Comparaison de l’orbite de K2-33b, en rose, avec ceux des planètes du Système solaire interne — Crédit : NASA, JPL-Caltech

Pour expliquer la présence de planètes géantes sur des orbites très rapprochées du foyer central, les astronomes ont le choix entre plusieurs scénarios qu’ils souhaitent confronter aux faits. Soit elles se forment plus loin et migrent vers le centre, sous l’influence des perturbations gravitationnelles avec d’autres planètes, voire même avec d’autres étoiles. C’est un processus qui peut prendre plusieurs centaines de millions d’années, selon les modèles. Soit elles se forment sur place, dans la partie interne du système. Une hypothèse, longtemps rejetée, qui, ces dernières années, est devenue plausible. La planète a pu alors migrer au gré des interactions avec le disque protoplanètaire, en seulement quelques centaines de milliers d’années. Pour en savoir plus, quoi de regarder ce qui se passe autour d’étoiles en bas âges.

« La question à laquelle nous répondons, explique Trevor David, est : Est-ce que ces planètes mettent beaucoup de temps pour s’installer dans ces orbites chaudes, ou ont-elles pu être là à un stade très précoce ? Nous disons que, au moins dans ce seul cas, elles peuvent en effet être là à un stade très précoce. »

Cette constatation n’est pas sans poser des questions sur les conséquences d’une migration précoce sur le développement de planètes terrestres : « Si Jupiter ou Neptune avaient migré vers l’intérieur après que les planètes terrestres se soient formées, il semble peu probable que notre Système solaire ait pu avoir une Terre, ou n’importe quelle autre planète rocheuse » suppose Andrew Mann.

Il est donc préférable d’avoir des planètes géantes éloignées (pas absentes, non plus). Plusieurs cas de figure sont possibles et nul ne sait encore lequel est le plus répandu.

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