Une vue d'artiste du passage d'une exoplanète gazeuse éjectée de son lieu de formation et errant dans la Voie lactée. © Nasa/JPL-Caltech

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Des centaines de milliards de planètes errantes dans la Voie lactée ?

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Probablement éjectées lors de la formation de systèmes planétaires, des centaines de milliards de planètes parcourraient en solitaire le milieu interstellaire dans la Galaxie. C'est ce que déduisent les astronomes de la détection de dix géantes gazeuses par microlentille gravitationnelle.

Lorsqu'un corps céleste passe devant une source de lumière, son champ gravitationnel courbe les rayons qui en sont issus, à la façon d'une lentille. L'effet est faible mais il avait été étudié en 1936 par Albert Einstein. On savait déjà que la gravitation pouvait dévier des rayons lumineux comme les observations d'Eddington l'avaient montré en 1919 lors de la célèbre éclipse qui servit de test à la relativité générale. Mais il avait fallu plus de quinze années avant que Rudi Mandl ne déduise la conséquence naturelle de cette observation et suggère à Albert Einstein qu'il puisse exister dans l'espace de véritables lentilles gravitationnelles. Le père de la théorie de la relativité publia donc une petite note avec des calculs simples, en concluant : « Bien sûr, il n'y a aucun espoir d'observer directement ce phénomène ».

La performance accomplie par les membres de la collaboration Microlensing Observations in Astrophysics (MOA) vient de singulièrement démentir la prédiction d'Einstein, pessimiste mais réaliste pour l'époque. En effet, de 2006 à 2007, ils ont observé dix effets de microlentilles gravitationnelles indiquant la présence de planètes errantes dans l'espace interstellaire.


Une animation montre l'effet sur les images de la voûte céleste du passage d'une planète errante. L'effet de microlentille gravitationnelle provoque une brusque augmentation de luminosité (brightness en anglais) d'une étoile caractéristique. © Animation M. Freeman (University of Auckland, New Zealand)-Nasa/JPL-Caltech/YouTube

L'effet de microlentille se manifeste par une brusque augmentation selon une courbe caractéristique de la luminosité d'une étoile lorsqu'un corps céleste massif l'éclipse. C'est le cas lors du passage d'une naine brune ou d'une planète géante. Pour l'effet d'une galaxie ou d'un amas de galaxie, on parle plus sobrement de lentille gravitationnelle. Depuis des dizaines d'années, les astronomes traquaient dans le halo de la Voie lactée de tels effets de microlentilles dans l'espoir d'expliquer la présence de la matière noire avec des naines brunes ou des minitrous noirs. Des naines brunes ont effectivement été trouvées mais en nombre très insuffisant pour expliquer la quantité de matière noire déduite des observations des courbes de vitesses des étoiles dans les galaxies. 

De la matière noire aux exoplanètes

Toutefois, la même méthode pouvait servir à trouver des exoplanètes géantes seules dans le milieu interstellaire. C'est effectivement ce que les chercheurs japonais et néo-zélandais de MOA ont fait en détectant dix planètes dont les masses sont approximativement de l'ordre de celle de Jupiter. En moyenne, elles ont été trouvées à des distances de la Terre comprises entre 10.000 et 20.000 années-lumière. Comme il s'agit d'un échantillonnage, et que d'autres planètes plus petites doivent probablement aussi exister dans le milieu interstellaire, les chercheurs en déduisent qu'il y a  dans la Voie lactée au moins deux fois plus de telles exoplanètes non liées à une étoile que de soleils !

Ces observations semblent confirmer ce dont on se doutait depuis un certain temps. En effet, la découverte des Jupiter chauds ont conduit à introduire des mécanismes de migrations planétaires dans les modèles de formation de systèmes planétaires. Les simulations numériques montrent qu'il se produit parfois des éjections de certaines planètes du fait des perturbations gravitationnelles. On aurait donc là, peut-être, la preuve que ces événements sont fréquents lors de la formation des systèmes planétaires. Les détails sur cette découverte se trouvent dans un article de Nature.