Retournement des théories de la formation planétaire !

Aujourd’hui, dans le cadre du « RAS National Astronomy Meeting (NAM2010) » la découverte de neuf nouvelles planètes à transit vient d’être annoncée. En combinant ces nouveaux résultats avec de précédentes observations d’exoplanètes en transit, les astronomes ont été surpris de découvrir que six exoplanètes (parmi un échantillon plus large en comprenant 27) ont été détectées orbitant dans le sens opposé à celui de la rotation de leur étoile hôte – soit exactement l’inverse de ce que l’on peut observer dans notre Système solaire. Avec ces nouvelles découvertes, les astronomes sont confrontés à une remise en cause sérieuse et inattendue des modèles de formation planétaire actuellement en vigueur. Elles laissent également supposer que les systèmes comportant des exoplanètes de type Jupiter chaud ne contiennent probablement pas de planète semblable à la Terre.

ESO PR Photo eso1016a - Vue d’artiste d’une exoplanète à l’orbite rétrograde - credit: ESO

“Nous lançons une véritable bombe dans le champ des exoplanètes” déclare Amaury Triaud, un étudiant en thèse à l’Observatoire de Genève qui a dirigé la plus grande partie de ces campagnes d’observation avec Andrew Cameron et Didier Queloz.

Les astronomes pensent que les planètes se forment dans les disques de poussière et de gaz qui entourent les jeunes étoiles. Ces disques protoplanétaires tournent dans le même sens que leur étoile et l’on supposait jusqu’à maintenant que toutes les planètes formées dans le disque étaient plus ou moins en orbite dans le même plan et qu’elles se déplaçaient sur leur orbite dans le même sens que celui de la rotation de leur étoile. C’est notamment le cas pour les planètes du Système solaire.

Suite à la première détection des neuf planètes [1] avec la caméra « Wide Angle Search for Planets (WASP, [2]), cette équipe d’astronomes a utilisé le spectrographe HARPS sur le télescope de 3,6 mètres de diamètre de l’ESO à l’Observatoire de La Silla au Chili, avec des données du télescope Suisse Euler, également installé à La Silla ainsi que des données provenant d’autres télescopes, afin de confirmer la découverte de ces exoplanètes [3] détectées à la fois dans la nouvelle et l’ancienne campagne d’observation et de les caractériser.

Étonnamment, quand les astronomes de cette équipe ont combiné les nouvelles données avec les anciennes observations ils ont trouvé que les orbites de plus de la moitié de tous les Jupiters chauds [4] étudiés n’étaient pas alignées avec l’axe de rotation de leurs planètes. Ils ont même découvert que six exoplanètes de cette longue étude (parmi lesquelles deux sont de nouvelles découvertes) avaient un mouvement rétrograde : elles tournent autour de leurs étoiles dans la « mauvaise » direction.

 « Ces nouveaux résultats défient réellement la pensée conventionnelle qui veut que les planètes doivent toujours être en orbite dans la même direction que celle de la rotation de leur étoile, » précise Andrew Cameron de l’Université de St Andrews, qui présente ces nouveaux résultats au « RAS National Astronomy Meeting (NAM2010) » à Glasgow cette semaine.

Depuis la découverte des premiers Jupiters chauds, il y a quinze ans, leur origine est restée une énigme. Ce sont des planètes ayant une masse équivalente ou supérieure à celle de Jupiter, mais dont l’orbite est beaucoup plus proche de leur soleil. Les astronomes pensent que les cœurs des planètes géantes se forment à partir d’un mélange de particules de glace et de roche que l’on trouve uniquement dans les confins des systèmes planétaires. Les Jupiters chauds se formeraient donc loin de leur étoile et migreraient par la suite vers l’intérieur afin de se mettre en orbite beaucoup plus près de leur étoile. De nombreux astronomes pensent que cela est dû aux interactions gravitationnelles avec le disque de poussière au sein duquel ces planètes se sont formées. Ce scénario ce déroule sur quelques millions d’années et aboutit à une orbite alignée avec l’axe de rotation de l’étoile « hôte ». Il permet également la formation ultérieure de planètes rocheuses comme la Terre, mais ceci ne permet malheureusement pas de rendre compte des nouvelles observations.

Pour prendre en compte les nouvelles planètes rétrogrades, une théorie alternative de migration suggère que la proximité des Jupiters chauds de leur étoile n’est absolument pas due aux interactions avec le disque de poussière, mais à un lent processus d’évolution impliquant une lutte acharnée de forces gravitationnelles avec des planètes plus distantes ou des compagnons stellaires, s’étendant sur des centaines de millions d’années. Ces « perturbations » propulsent ainsi une planète géante sur une orbite allongée et inclinée. Cette planète va alors subir les effets de marées, perdant de l’énergie à chaque fois qu’elle s’approche de son étoile. Elle pourrait finalement se retrouver positionnée proche de son étoile, sur une orbite pratiquement circulaire, mais dont l’inclinaison est aléatoire. « Un effet secondaire spectaculaire de ce processus est qu’il pourrait anéantir une planète semblable à la Terre dans ce système planétaire, » déclare Didier Queloz de l’Observatoire de Genève. 

Des compagnons plus distants et plus massifs ont d’ores et déjà été détectés dans le cas de deux des nouvelles planètes rétrogrades découvertes, ce qui pourrait potentiellement être la cause de ce bouleversement. Ces nouveaux résultats pourraient déclencher une recherche intensive de nouveaux corps dans d’autres systèmes planétaires.

Cette recherche a été présentée lors du RAS National Astronomy Meeting (NAM2010) qui a lieu cette semaine à Glasgow, en Ecosse. Neuf articles soumis à des journaux internationaux seront présentés à cette occasion parmi lesquels quatre utilisent des données fournies par les équipements de l’ESO. Cette conférence a également été l’occasion de récompenser le consortium WARPS de prix 2010 du meilleur travail d’équipe de la Royal Astronomical Society.

Notes

[1] Le nombre actuel d’exoplanètes connues est de 454.

[2]  Les neuf nouvelles exoplanètes ont été découvertes par le « Wide Angle Search for Planets (WASP) ». WASP comprend deux observatoires robotisés, chacun consistant en huit caméras grand angle qui scrutent le ciel en permanence et simultanément à la recherche de signes de transits planétaires. Un transit à lieu quand une planète passe devant son étoile, bloquant temporairement une partie de sa lumière. Les huit caméras grand angle permettent d’observer des millions d’étoiles simultanément afin de détecter ces signes peu fréquents de transit. Les caméras de WAPS sont exploitées par un consortium comprenant la Queen’s University Belfast, les Universités de Keele, Leicester et St Andrews, l’Open University, l’Isaac Newton Group à La Palma et l’Instituto Astrofisica Canarias.

[3] Pour confirmer et caractériser les nouvelles planètes à transit, il est nécessaire de faire un suivi avec la méthode des vitesses radiales afin de détecter l’oscillation de l’étoile autour de son centre de gravité qui est en fait le centre de gravité du système étoile-planète. Ce suivi est effectué par un réseau mondial de télescopes équipés avec des spectromètres très sensibles. Dans l’hémisphère nord, le télescope “ Nordic Optical Telescope” aux Iles Canaries et le spectrographe SOPHIE installé sur le télescope de 1.93-mètres à l’Observatoire de Haute-Provence en France ont mené cette recherche. Dans l’hémisphère sud, Le chasseur d’exoplanètes HARPS sur le télescope de 3,6 mètres de l’ESO et le spectrographe CORALIE sur le télescope suisse Euler, tous les deux à La Silla, ont été utilisés pour confirmer les nouvelles planètes et pour mesurer l’angle d’inclinaison de l’orbite de chaque planète par rapport à l’équateur de leurs étoiles. Les télescopes robotiques Faulkes de l’Observatoire de Las Cumbres, situés à Hawaï et en Australie, ont fourni les mesures de luminosité qui permettent de mesurer la taille des planètes. Les observations pour les suivis des candidats exoplanètes WARPS ont été obtenues au télescope suisse Euler à La Silla, au Chili (en collaboration avec des chercheurs de l’Observatoire de Genève), au télescope Nordic Optical Telescope à La Palma et au télescope de 1,93 mètre de l’Observatoire de Haute Provence en France (en collaboration avec des chercheurs à l’Institut d’Astrophysique de Paris et au Laboratoire d’Astrophysique de Marseille).

Les études de l’angle d’inclinaison de l’orbite des planètes WARPS ont été effectuées par l’instrument HARPS sur le télescope de 3,6 mètres de l’ESO et par l’instrument CORALIE sur le télescope Suisse Euler, dans l’hémisphère sud et à l’Observatoire de Tautenburg, à l’Observatoire Mc Donald et au Nordic Optical Telescope dans l’hémisphère Sud.

[4] Les Jupiters chaud sont des planètes en orbite autour d’autres étoiles. Elles ont des masses similaires ou plus importantes que Jupiter, mais leurs orbites sont beaucoup plus proches de leur étoile que n’importe quelle planète de notre Système solaire. Etant donné qu’elles sont à la fois grandes et proches de leur étoile, elles sont plus faciles à détecter par leur effet gravitationnel sur leur étoile et elles ont aussi plus de chance de transiter devant le disque de l’étoile. La plupart des premières exoplanètes découvertes sont de cette catégorie.

Source: ESO