Les planètes voyous, ou objets de masse planétaire flottants libres (FFPMO), sont des objets de la taille d’une planète qui se sont formés dans l’espace interstellaire ou faisaient partie d’un système planétaire avant que des perturbations gravitationnelles ne les expulsent.
Depuis leur première observation en 2000, les astronomes ont détecté des centaines de planètes candidates qui ne sont liées à aucune étoile particulière et qui flottent dans le milieu interstellaire (ISM) de notre galaxie. En fait, certains scientifiques estiment qu’il pourrait y avoir jusqu’à 2 000 milliards de planètes errantes (ou plus) dans la seule Voie lactée.
Récemment, une équipe d’astronomes travaillant avec le télescope spatial James Webb (JWST) a annoncé la découverte de six planètes errantes dans un endroit improbable. Ces planètes, qui comprennent la planète errante la plus légère jamais identifiée (entourée d’un disque de débris), ont été repérées lors de l’étude la plus approfondie de Webb de la jeune nébuleuse NGC 1333, un amas de formation d’étoiles situé à environ mille années-lumière de la Terre dans la constellation de Persée. Ces planètes pourraient en apprendre beaucoup aux astronomes sur le processus de formation des étoiles et des planètes.
L’équipe était dirigée par Adam Langeveld, chercheur adjoint au département de physique et d’astronomie de l’université Johns Hopkins (JHU). L’article détaillant les résultats de l’enquête a été accepté pour publication dans Le Journal Astronomique et est actuellement disponible sur le arXiv serveur de préimpression.
La plupart des planètes errantes détectées à ce jour l’ont été grâce à la microlentille gravitationnelle, tandis que d’autres ont été détectées par imagerie directe. La première méthode repose sur des « événements de lentille », où la force gravitationnelle des objets massifs modifie la courbure de l’espace-temps qui les entoure et amplifie la lumière provenant d’objets plus éloignés. La seconde consiste à repérer directement les naines brunes (objets qui chevauchent la ligne entre les planètes et les étoiles) et les planètes massives en détectant le rayonnement infrarouge produit dans leur atmosphère.
Dans leur article, les chercheurs décrivent comment cette découverte a eu lieu au cours d’une étude spectroscopique extrêmement approfondie de NGC1333. À l’aide des données du spectrographe sans fente et imageur proche infrarouge de Webb (NIRISS), les chercheurs ont mesuré le spectre de chaque objet dans la partie observée de l’amas d’étoiles. Cela leur a permis de réanalyser les spectres de 19 naines brunes précédemment observées et a conduit à la découverte d’une nouvelle naine brune avec un compagnon de masse planétaire.
Cette dernière observation est une découverte rare qui remet déjà en cause les théories sur la formation des systèmes binaires. Mais le plus étonnant a été la détection de six planètes d’une masse cinq à dix fois supérieure à celle de Jupiter (alias super-Jupiters).
Ces six planètes candidates font donc partie des planètes errantes de plus faible masse jamais découvertes, qui se sont formées selon le même processus que les naines brunes et les étoiles. C’était l’objectif de l’étude spectroscopique approfondie sur les jeunes naines brunes et les planètes flottantes libres, qui visait à étudier les objets massifs qui ne sont pas assez gros pour devenir des étoiles.
Le fait que les observations de Webb n’aient révélé aucun objet d’une masse inférieure à cinq fois celle de Jupiter (ce qu’il est suffisamment sensible pour détecter) est une forte indication que les objets stellaires plus légers que ceux-ci sont plus susceptibles de se former comme le font les planètes.
L’auteur principal Langeveld a déclaré dans un communiqué publié par la nouvelle source de JHU (le Hub) :
« Nous sondons les limites du processus de formation des étoiles. Si vous avez un objet qui ressemble à un jeune Jupiter, est-il possible qu’il soit devenu une étoile dans les bonnes conditions ? C’est un contexte important pour comprendre à la fois la formation des étoiles et des planètes. »
La plus intrigante des planètes errantes était aussi la plus légère : on estime qu’elle pesait cinq fois la masse de Jupiter (soit environ 1 600 masses terrestres). Étant donné que la poussière et le gaz tombent généralement dans un disque au cours des premières étapes de la formation d’une étoile, la présence de cet anneau de débris autour de cette planète suggère fortement qu’elle s’est formée de la même manière que les étoiles.
Cependant, les systèmes planétaires se forment également à partir de disques de débris (également appelés disques circumsolaires), ce qui suggère que ces objets pourraient être capables de former leurs propres satellites. Ces planètes massives pourraient donc servir de pépinière à un système planétaire miniature, comme notre système solaire, mais à une échelle beaucoup plus petite.
Ray Jayawardhana, astrophysicien et auteur principal de l’étude (qui dirige également le groupe d’enquête), a déclaré : « Il s’avère que les plus petits objets flottants qui se forment comme des étoiles se chevauchent en masse avec des exoplanètes géantes qui gravitent autour d’étoiles proches. Il est probable qu’une telle paire se soit formée à la manière des systèmes d’étoiles binaires, à partir d’un nuage se fragmentant au fur et à mesure de sa contraction. La diversité des systèmes que la nature a produits est remarquable et nous pousse à affiner nos modèles de formation des étoiles et des planètes…
« Nos observations confirment que la nature produit des objets de masse planétaire d’au moins deux manières différentes : à partir de la contraction d’un nuage de gaz et de poussière, comme se forment les étoiles, et dans des disques de gaz et de poussière autour des jeunes étoiles, comme le faisait Jupiter dans notre propre système solaire. »
Dans les mois à venir, l’équipe prévoit d’utiliser Webb pour effectuer des études de suivi des atmosphères de ces planètes errantes et les comparer à celles des naines brunes et des géantes gazeuses. Ils prévoient également de rechercher dans la région de formation d’étoiles d’autres objets dotés de disques de débris afin d’étudier la possibilité de mini-systèmes planétaires.
Les données obtenues aideront également les astronomes à affiner leurs estimations du nombre de planètes errantes dans notre galaxie. Les nouvelles observations de Webb indiquent que ces corps représentent environ 10 % des corps célestes de l’amas ciblé.
Selon les estimations actuelles, le nombre d’étoiles dans notre galaxie se situe entre 100 et 400 milliards d’étoiles et le nombre de planètes entre 800 milliards et 3,2 billions. À 10 %, cela suggérerait qu’il existe entre 90 et 360 milliards de planètes errantes en suspension dans l’atmosphère. Comme nous l’avons vu dans des articles précédents, nous pourrions être en mesure d’en explorer certaines un jour, et notre Soleil pourrait même en capturer quelques-unes.
Plus d’informations :
Adam B. Langeveld et al., Étude spectroscopique profonde JWST/NIRISS pour les jeunes naines brunes et les planètes flottantes, arXiv (2024). DOI : 10.48550/arxiv.2408.12639