par Suvrath Mahadevan, Guðmundur Kári Stefánsson et Megan Delamer, La conversation
Imaginez que vous êtes un agriculteur à la recherche d’œufs dans le poulailler, mais qu’au lieu d’un œuf de poule, vous trouvez un œuf d’autruche, bien plus gros que tout ce qu’une poule pourrait pondre.
C’est un peu comme ça notre équipe des astronomes ressenti quand nous découvert une planète massiveplus de 13 fois plus lourd que la Terre, autour d’une étoile rouge sombre et froide, neuf fois moins massive que le soleil terrestre, plus tôt cette année.
L’étoile la plus petite, appelée étoile M, est non seulement plus petite que le soleil dans le système solaire terrestre, mais elle est également 100 fois moins lumineuse. Une telle étoile ne devrait pas avoir la quantité de matière nécessaire dans son disque formant planète pour donner naissance à une planète aussi massive.
Le chercheur de planètes de zones habitables
Au cours de la dernière décennie, notre équipe a conçu et construit à Penn State un nouvel instrument capable de détecter la lumière de ces étoiles sombres et froides à des longueurs d’onde dépassant la sensibilité de l’œil humain, dans le proche infrarouge, là où ces étoiles froides émettent la majeure partie de leur lumière.
Attaché au télescope Hobby-Eberly de 10 mètres dans l’ouest du Texas, notre instrument, surnommé le Recherche de planètes de zones habitables, peut mesurer le changement subtil de la vitesse d’une étoile lorsqu’une planète la tire gravitationnellement. Cette technique, appelée technique de vitesse radiale Doppler, est idéale pour détecter les exoplanètes.
« Exoplanète » est une combinaison des mots extrasolaire et planète, le terme s’applique donc à tout corps de la taille d’une planète en orbite autour d’une étoile qui n’est pas le soleil de la Terre.
Il y a trente ans, les observations Doppler de la vitesse radiale ont permis la découverte de 51 Pégase b, la première exoplanète connue en orbite autour d’une étoile semblable au Soleil. Au cours des décennies qui ont suivi, des astronomes comme nous ont amélioré cette technique. Ces de plus en plus précis les mesures ont un objectif important : permettre la découverte de planètes rocheuses dans zones habitablesles régions autour des étoiles où l’eau liquide peut être retenue à la surface de la planète.
La technique Doppler n’a pas encore la capacité de découvrir des zones habitables de planètes de la masse de la Terre autour d’étoiles de la taille du Soleil. Mais les étoiles M froides et sombres présentent une signature Doppler plus grande pour une planète de la même taille que la Terre. La masse plus faible de l’étoile fait qu’elle est davantage tirée par la planète en orbite. Et la luminosité plus faible conduit à un zone habitable plus rapprochée et une orbite plus courte, ce qui rend également la planète plus facile à détecter.
Rendu d’artiste de LHS 3154b. Crédit : Abby Minnich
Les planètes autour de ces étoiles plus petites étaient les planètes que notre équipe a conçu pour découvrir le Habitable Zone Planet Finder. Notre nouvelle découverte, publié dans la revue Scienced’une planète massive en orbite étroite autour de l’étoile M sombre et froide LHS 3154 – l’œuf d’autruche dans le poulailler – a été une véritable surprise.
LHS 3154b : La planète qui ne devrait pas exister
Les planètes se forment en disques composés de gaz et de poussière. Ces disques rassemblent des grains de poussière qui se transforment en cailloux et finissent par se combiner pour former un noyau planétaire solide. Une fois le noyau formé, la planète peut attirer gravitationnellement la poussière solide, ainsi que les gaz environnants tels que l’hydrogène et l’hélium. Mais il faut beaucoup de masse et de matériaux pour y parvenir. Cette façon de former des planètes s’appelle accrétion centrale.
Une étoile de masse aussi faible que LHS 3154, neuf fois moins massive que le soleil, devrait avoir un disque formant planète de faible masse correspondante.
Un disque typique autour d’une étoile de masse aussi faible ne devrait tout simplement pas avoir suffisamment de matériaux solides ou de masse pour pouvoir fabriquer un noyau suffisamment lourd pour créer une telle planète. À partir des simulations informatiques réalisées par notre équipe, nous avons conclu qu’une telle planète a besoin d’un disque au moins 10 fois plus massif que ce que l’on suppose généralement. à partir d’observations directes de disques formant des planètes.
Une théorie différente de la formation des planètes, instabilité gravitationnelle– où le gaz et la poussière du disque subissent un effondrement direct pour former une planète – a également du mal à expliquer la formation d’une telle planète sans un disque très massif.
Planètes autour des étoiles les plus courantes
Les étoiles M cool et sombres sont les étoiles les plus communes de notre galaxie. Dans l’histoire des comics DC, le monde natal de Superman, la planète Krypton, en orbite autour d’une étoile naine M.
Les astronomes savent, grâce aux découvertes faites avec Habitable Zone Planet Finder et d’autres instruments, que les planètes géantes en orbite rapprochée autour des étoiles M les plus massives sont au moins 10 fois plus rare que ceux autour des étoiles semblables au Soleil. Et nous ne connaissons aucune planète aussi massive en orbite rapprochée autour des étoiles M les moins massives – jusqu’à la découverte de LHS 3154b.
Comprendre comment les planètes se forment autour de nos voisines les plus cools nous aidera à comprendre à la fois comment les planètes se forment en général et comment les mondes rocheux autour des types d’étoiles les plus nombreux se forment et évoluent. Cette ligne de recherche pourrait également aider les astronomes à comprendre si les étoiles M sont capables de supporter la vie.
Cet article est republié à partir de La conversation sous licence Creative Commons. Lis le article original.