Sciences

Exoplanètes : les Jupiter chaudes se formeraient très rapidement

ActualitéClassé sous :Jupiter chaud , Jupiter , exoplanètes

Vingt ans après leur découverte, les Jupiter chaudes, ces planètes géantes gazeuses gravitant très près de leur étoile, restent encore des objets énigmatiques. Une équipe internationale d'astrophysiciens vient de montrer que ces corps pourraient ne mettre que quelques millions d'années à se rapprocher de leur étoile tout juste formée. Cette découverte devrait nous aider à mieux comprendre comment les systèmes planétaires, similaires ou différents de notre Système solaire, se forment et évoluent au cours de leur existence.

Interview : qu'est-ce qu'une exoplanète ?  La question des exoplanètes est très ancienne en astronomie. Leur existence est pour la première fois attestée de façon indirecte dans les années 1990. Futura-Sciences a rencontré Jean-Pierre Luminet, astrophysicien de renom, afin qu’il nous parle plus en détail de ce passionnant sujet. 

Dans le Système solaire, les planètes rocheuses, comme la Terre et Mars, occupent les régions proches du Soleil alors que les planètes géantes et gazeuses, comme Jupiter ou Saturne, sont plus éloignées. D'où la surprise de Michel Mayor et Didier Queloz lorsqu'ils découvrent, il y a exactement vingt ans, la toute première exoplanètePegasi-51b est en effet une planète géante gazeuse similaire à Jupiter mais tournant autour de son étoile vingt fois plus près que la Terre autour du Soleil.

Depuis, les astronomes ont montré que ces futures Jupiter chaudes se forment en périphérie du disque protoplanétaire, le nuage qui donne naissance à l'étoile centrale et aux planètes environnantes, avant de migrer à l'intérieur. C'est lorsqu'elles se rapprochent ensuite au plus près de leur étoile que ces planètes géantes gazeuses se réchauffent et deviennent des Jupiter chaudes - au contraire de notre Jupiter, planète géante « froide », environ 5 fois plus éloignée du Soleil que la Terre.

Mais alors, quand ces Jupiter chaudes se rapprochent-elles de leur étoile ? Les astronomes imaginaient jusqu'ici deux théories possibles : ce processus peut se produire dans une phase très précoce, alors que les jeunes planètes s'alimentent encore au sein du disque originel, ou bien plus tardivement, une fois que de nombreuses planètes ont été formées et interagissent en une chorégraphie si instable que certaines d'entre elles se retrouvent propulsées au voisinage immédiat de l'étoile centrale.

Le télescope Apex, au Chili, a débusqué des étoiles en formation à l’intérieur de ce filament de gaz froid et sombre distant de 450 années-lumière, en direction de la constellation du Taureau. © Eso, Apex

Toute jeune et déjà présente tout près de leur étoile ?

Une équipe internationale d'astrophysiciens, comprenant plusieurs chercheurs français et menée par Jean-François Donati, de l'Institut de recherche en astrophysique et planétologie (Irap, CNRS, université Toulouse III-Paul Sabatier), viendrait de montrer que le premier scénario (un rapprochement dans une phase précoce) était une réalité. Avec l'instrument ESPaDOnS (Echelle SpectroPolarimetric Device for the Observation of Stars), un spectropolarimètre construit par les équipes de l'Irap pour le CFHT (Canada-France-Hawaï Telescope), les chercheurs ont observé des étoiles en formation au sein d'une pouponnière stellaire située à environ 450 années-lumière de la Terre, dans la constellation du Taureau. L'une d'elles, V830 Tau, montre des signatures similaires à celles causées par une planète 1,4 fois plus massive que Jupiter mais sur une orbite 15 fois plus proche de l'étoile que la Terre ne l'est du Soleil (soit environ 10 millions de km). Cette découverte suggère que les Jupiter chaudes peuvent être extrêmement jeunes et potentiellement bien plus fréquentes autour des étoiles en formation qu'au voisinage d'étoiles adultes comme le Soleil.

Les étoiles jeunes abritent des trésors d'information sur la formation des planètes. Leur activité et leur champ magnétique très intenses les couvrent de taches des centaines de fois plus grosses que celles du Soleil. Elles engendrent donc dans leur spectre des perturbations d'amplitude bien plus importantes que celles causées par des planètes qui deviennent par conséquent beaucoup plus difficiles à détecter, même dans le cas des Jupiter chaudes. Pour aborder ce problème, l'équipe a entrepris le programme d'observation MaTYSSE (Magnetic Topologies of Young Stars and the Survival of close-in giant Exoplanets) dans le but de cartographier la surface de ces étoiles et de détecter d'éventuelles Jupiter chaudes.

A gauche : les taches à la surface de la jeune étoile V830, autour de laquelle gravite la supposée planète géante. A droite : les lignes de champ magnétique de l'étoile ont été reconstruites à partir des observations ESPaDOnS. © CFHT

Une détection indirecte

En suivant ces étoiles au cours de leur rotation et par le biais de techniques tomographiques inspirées de l'imagerie médicale, il est possible de reconstruire la distribution des taches sombres et brillantes, ainsi que la topologie du champ magnétique, à la surface des étoiles jeunes. Cette modélisation rend également possible la correction des effets perturbateurs de l'activité et la détection d'éventuelles Jupiter chaudes. Dans le cas de V830 Tau, les auteurs sont parvenus à découvrir, grâce à cette nouvelle technique, un signal enfoui suggérant la présence d'une planète géante. Même si de nouvelles données sont nécessaires pour valider la détection, ce premier résultat prometteur démontre clairement que la méthode proposée peut fournir les clés de l'énigme de la formation des Jupiter chaudes.

SPIRou, le nouvel instrument que les équipes de l'Irap construisent en ce moment pour le CFHT et dont la première lumière est prévue pour 2017, permettra de repousser encore les limites de la méthode, grâce à sa capacité à observer dans l'infrarouge, domaine dans lequel les étoiles jeunes sont beaucoup plus brillantes. Grâce à lui, la formation des étoiles et des planètes pourront être explorées encore plus finement.

Les chercheurs ont publié leur étude dans l'édition du 9 septembre 2015 de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS) et en accès libre sur le site arXiv.

Abonnez-vous à la lettre d'information La quotidienne : nos dernières actualités du jour.

!

Merci pour votre inscription.
Heureux de vous compter parmi nos lecteurs !

Illustration d’une Jupiter chaude, planète géante et gazeuse gravitant très près de son étoile. © Haven Giguere, Nikku Madhusudhan