Étudier la probabilité statistique que des systèmes triples stellaires hébergent des exoplanètes

Pourquoi est-il important de rechercher des exoplanètes dans les systèmes à trois étoiles et combien pouvons-nous en trouver ? C’est ce qu’indique une étude récente acceptée par Astrophysique et sciences spatiales espère répondre après que deux chercheurs de l’Université du Texas à Arlington ont étudié la probabilité statistique que des systèmes à trois étoiles hébergent des exoplanètes. Cette étude pourrait potentiellement aider les chercheurs à mieux comprendre la formation et l’évolution des systèmes à trois étoiles et à déterminer s’ils sont adaptés à l’hébergement de la vie telle que nous la connaissons.

La recherche est publié sur le arXiv serveur de préimpression.

Ici, Universe Today discute de cette incroyable recherche avec le Dr Manfred Cuntz, professeur de physique à l’Université du Texas à Arlington et auteur principal de l’étude, concernant la motivation derrière l’étude, les résultats les plus significatifs, l’importance d’étudier le triple systèmes stellaires et la probabilité de trouver de l’exovie dans les systèmes à trois étoiles.

Quelle était la motivation derrière l’étude ?

Le Dr Cuntz explique à Universe Today : « L’âge et la métallicité (c’est-à-dire la quantité d’éléments lourds = éléments autres que l’hydrogène et l’hélium) sont des propriétés fondamentales des étoiles, une affirmation qui s’applique à toutes les étoiles. Considérant que la plupart des étoiles (à l’exception du soleil) sont membres de systèmes d’ordre supérieur, l’étude des étoiles dans les systèmes triples stellaires est une extension naturelle de la recherche axée sur les étoiles uniques. »

Pour l’étude, les chercheurs ont mené une analyse statistique concernant à la fois l’âge et la métallicité des systèmes à trois étoiles avec un total de 27 exoplanètes confirmées sur la base de recherches antérieures, le nombre d’exoplanètes dans chaque système allant de 1 à 5. Le système triple étoile, avec des marges d’erreur, avait entre 20 millions d’années et 7,2 milliards d’années. Pour rappel, on estime que notre Soleil a un peu plus de 4,6 milliards d’années.

Les métallicités des systèmes stellaires, avec des marges d’erreur, variaient entre -0,59 et +0,56, ce qui est souvent calculé sur la base du rapport fer/hydrogène (Fe/H), et est également calculé avec l’équation X + Y + Z. =1, avec X étant la fraction d’hydrogène, Y étant la fraction d’hélium et Z étant tout le reste (c’est-à-dire le carbone, l’oxygène, le silicium, le fer, etc.).

Ces valeurs varient entre -4,5 et +1,0, les étoiles affichant 0, -1, supérieur à 0 et inférieur à 0, ce qui indique qu’une étoile a une abondance de fer égale à celle de notre soleil, soit un dixième de l’abondance de fer de notre soleil, soit une abondance supérieure à celle de notre soleil. teneur en métaux que notre soleil, et moins de métaux que notre soleil, respectivement.

Quels ont été les résultats les plus significatifs de cette étude ?

« Deux résultats très significatifs ont été identifiés », explique le Dr Cuntz à Universe Today. « Premièrement, les étoiles des systèmes triples stellaires sont en moyenne nettement plus jeunes que les étoiles situées dans le voisinage solaire. L’explication la plus plausible est un possible effet de double sélection dû à la masse relativement élevée des étoiles hébergeant les planètes de ces systèmes (qui passent moins de temps à sur la séquence principale que les étoiles de faible masse) et que les planètes des systèmes triples stellaires peuvent être orbitalement instables à long terme.

« Les métallicités stellaires de ces étoiles sont en moyenne semblables à celles du Soleil ; cependant, en raison de la quantité limitée de données, ce résultat n’est pas incompatible avec la découverte précédente selon laquelle les étoiles avec des planètes ont tendance à être riches en métaux, car la distribution de métallicité déduite est relativement large. »

Les distances des systèmes triples stellaires respectifs varient entre 4,3 et 1 870 années-lumière de la Terre, mais seuls 6 des 27 systèmes triples stellaires se trouvent à moins de 100 années-lumière. Ces six systèmes d’étoiles triples comprennent Alpha Centauri (4,3 années-lumière), Epsilon Indi (11,9 années-lumière), LTT 1445 (22,4 années-lumière), Gliese 667 (23,6 années-lumière), 94 Ceti (73,6 années-lumière) , et Psi1 Draconis (74,5 années-lumière), le nombre total d’exoplanètes (avec les exoplanètes candidates indiquées entre parenthèses) dans chaque système étant respectivement de 3 (2), 1, 1, 2 (1), 1 et 1.

Pour rappel, en septembre 2024, le nombre total de systèmes exoplanétaires confirmés dans notre cosmos était supérieur à 4 300, ce qui englobe près de 5 800 exoplanètes.

Malgré le petit nombre de systèmes triples stellaires qui hébergent des exoplanètes, quelle est l’importance d’étudier les systèmes triples stellaires ?

Le Dr Cuntz explique à Universe Today : « La plupart des étoiles (à l’exception du Soleil) sont membres de systèmes d’ordre supérieur, en particulier binaires, et dans des cas moins courants, de systèmes stellaires triples et de systèmes d’ordre encore plus élevé.

« Par conséquent, l’étude des planètes hébergées par des systèmes triples stellaires est une extension naturelle de l’approche standard axée sur les planètes autour d’étoiles uniques. L’étude actuelle se concentre sur certaines des propriétés des étoiles dans les systèmes triples stellaires, qui sont également connus pour héberger ( a) planète(s) – un cadre relativement rare. L’importance de l’étude actuelle est d’élargir notre compréhension générale des systèmes étoile-planète.

Pour Alpha Centauri, il a été confirmé que l’exoplanète Proxima Centauri b est terrestre (rocheuse), approximativement de la taille de la Terre en termes de rayon et de masse, et qu’elle orbite dans la zone habitable (HZ) de Proxima Centauri, l’une des étoiles qui composent le système triple étoile Alpha Centauri.

La seule autre exoplanète terrestre en orbite dans la zone HZ de son étoile est Gliese 667 Cc, dont la masse et le rayon sont plus grands que la Terre, la désignant comme une super-Terre.

Étant donné le petit nombre de systèmes à trois étoiles qui ont des exoplanètes et encore moins qui hébergent des exoplanètes terrestres en orbite dans leur HZ, quelle est la probabilité de trouver de l’exovie dans les systèmes à trois étoiles ?

« La seule planète sur laquelle nous savons avec certitude que la vie existe est la Terre », a déclaré le Dr Cuntz à Universe Today. « Cependant, grâce à des études observationnelles et théoriques menées au cours de plusieurs décennies de travail approfondi, les scientifiques sont convaincus que l’exovie est presque certainement réelle. Cette affirmation devrait également s’appliquer aux planètes des systèmes à trois étoiles.

« Cependant, ces planètes sont généralement soumises à des forçages environnementaux relativement variables (par exemple, des quantités variables de rayonnement reçu par les composants stellaires), ce qui devrait réduire la probabilité de formes de vie avancées, mais devrait néanmoins permettre la vie microbienne, en particulier les extrémophiles. »

À mesure que le nombre d’exoplanètes confirmées continue d’augmenter, le nombre confirmé de systèmes triples stellaires hébergeant des exoplanètes devrait également augmenter. Lorsque les fans de science-fiction lisent les systèmes multi-étoiles, ils pensent presque immédiatement à la scène emblématique de « Star Wars : Un nouvel espoir », dans laquelle Luke Skywalker regarde deux étoiles se coucher à l’horizon.

Même si Tatooine était habitable pour les humains et d’autres formes de vie intéressantes, cela pourrait ne pas être le cas dans le monde réel, comme le démontre Proxima Centauri b, qui est actuellement la seule exoplanète semblable à la Terre en orbite dans sa HZ à moins de 100 années-lumière de la Terre.

Par conséquent, quelles contraintes les scientifiques devraient-ils imposer pour découvrir la vie dans les systèmes à trois étoiles ? Devrions-nous plutôt étudier leurs lunes, comme le film « Avatar » dépeint la lune semi-habitable Pandora en orbite autour d’une exoplanète beaucoup plus grande au sein du système Alpha Centauri ? Les systèmes triples d’étoiles avec des exoplanètes sont-ils aussi rares que le montrent les statistiques aujourd’hui ?

« La recherche de la vie en dehors de la planète Terre continue d’être un sujet fascinant », a déclaré le Dr Cuntz à Universe Today. « Le soutien politique et sociétal aux missions spatiales en cours et futures est très apprécié. En tant que scientifiques, nous sommes reconnaissants du soutien continu des contribuables du monde entier, mais particulièrement ici aux États-Unis. »