Dévoiler le sort des exoplanètes à période ultra-courte

Dévoiler le sort des exoplanètes à période ultra-courte
Exoplanète WASP-19b

Vue d’artiste montrant l’exoplanète WASP-19b. Crédit : ESO/M. Kornmesser

Les dernières décennies de «exoplanète la chasse » – la recherche de planètes en orbite autour d’étoiles autres que le Soleil – nous ont permis de mieux comprendre les chemins évolutifs menant à l’architecture actuelle de notre système planétaire ainsi que d’autres systèmes découverts. À ce jour, la découverte de 4715 exoplanètes appartenant à 3247 systèmes planétaires a été confirmée, et il y a environ 5900 planètes en attente de confirmation.

Étonnamment, l’architecture de notre système solaire semble être très différente des configurations trouvées dans d’autres systèmes du voisinage galactique ; par exemple, une proportion significativement élevée de Jupiter-des planètes semblables ont été découvertes en orbite dans des régions très proches de l’étoile, contrairement à ce qu’indiquent les modèles de formation planétaire : des planètes géantes devraient se former dans les régions les plus périphériques du disque protoplanétaire.

Il est à noter que la surabondance apparente de telles planètes est liée à un biais observationnel : la sensibilité des appareils utilisés pour la détection des exoplanètes est limitée, et pour l’instant ils sont juste capables de reconnaître plus facilement les exoplanètes les plus notoires ; c’est-à-dire de grandes planètes (en masse et en taille) orbitant très près de leur étoile. Ces caractéristiques garantissent qu’elles éclipsent une grande surface du disque stellaire lorsque la planète passe devant l’étoile, en plus de donner une bonne attraction gravitationnelle à l’étoile que l’on peut détecter en mesurant la vitesse radiale de l’étoile. En tout cas, cette population soulève d’importantes questions sur la façon dont ces architectures se sont formées, et quel sera le sort de ces exoplanètes aux périodes orbitales très courtes.

Concernant ce qui précède, une recherche récente dirigée par le doctorant Jaime A. Alvarado Montes du Centre d’astronomie, d’astrophysique et d’astrophotonique de l’Université Macquarie en Australie, a étudié le sort d’une sous-catégorie de ces planètes anormales connues sous le nom de « période ultra-courte planètes » (USP). Ces planètes orbitent autour de leur étoile en des temps plus courts qu’un jour terrestre sur des orbites presque circulaires, et sont peut-être verrouillées en raison de la marée, c’est-à-dire montrant toujours la même face à l’étoile tout au long de leur orbite, tout comme notre Lune le fait par rapport à la Terre.

L’étude, qui a récemment été acceptée pour publication dans la prestigieuse revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS), met à jour les modèles préexistants décrivant l’interaction des marées entre la planète et l’étoile. Cette recherche étudie la force générée par la déformation mutuelle subie par les corps en raison de leur interaction gravitationnelle, lorsqu’ils tournent, se déplacent et vieillissent. En fin de compte, l’objectif est de limiter la vitesse à laquelle les orbites des USP se contractent (on dit que la planète migre) jusqu’à ce qu’elles soient englouties par leurs propres étoiles ou perturbées par des forces gravitationnelles.

“Les recherches menées jusqu’à présent montrent que les marées peuvent modifier de manière significative ou radicale l’architecture et les destins possibles des systèmes planétaires.”

Selon Alvarado-Montes, chef de file du projet, « modéliser la vitesse à laquelle les exoplanètes migrent nous fournit de meilleurs modèles prédictifs pour connaître le sort de ces exoplanètes. De tels modèles peuvent devenir de plus en plus complexes car nous devons tenir compte de plusieurs effets liés à l’étoile et à la planète. Ces effets peuvent être liés aux changements du taux de rotation planétaire, à l’efficacité de dissipation de l’énergie associée aux déformations de l’étoile et de la planète ainsi qu’à leur perte de masse, et au champ magnétique de l’étoile. À ce jour, nous disposons d’instruments puissants qui surveillent certaines de ces exoplanètes depuis des décennies, en prenant des mesures des variations de leurs périodes orbitales. Ces mesures, interprétées avec des modèles tels que ceux présentés dans cette recherche, peuvent révéler indirectement la structure intérieure des planètes et des étoiles, montrant les détails des processus physiques responsables de la migration planétaire », ajoute Mario Sucerquia, co-auteur de la recherche.

En particulier, les travaux présentés prédisent un décalage progressif de la périodicité de transit de deux exoplanètes massives de l’USP, WASP 19b et NGTS 10b, des objets qui orbitent autour de leur étoile toutes les 20 heures environ. Ces périodes indiquent qu’elles sont situées à des distances très proches de leur étoile, donc leurs températures de surface sont extrêmement élevées. De plus, le modèle de ce travail prédit un taux de migration orbitale plus élevé pour le premier et un taux plus faible pour le dernier, par rapport à des enquêtes similaires précédentes. Ces prédictions pourraient être corroborées au cours de la décennie en cours.

L’étude en question fait partie d’un grand projet en cours impliquant des chercheurs d’Australie, de France, de Colombie, d’Argentine et du Chili, qui vise à étudier le phénomène des marées gravitationnelles dans les systèmes planétaires. Ce phénomène affecte non seulement les planètes et leurs étoiles, mais aussi leurs éventuels systèmes de lunes et d’anneaux. Selon les auteurs de cet article : « les recherches menées jusqu’à présent montrent que les marées peuvent modifier de manière significative ou radicale l’architecture et les destins possibles des systèmes planétaires. De plus, ce type d’études peut nous aider à comprendre l’avenir de planètes comme Jupiter dans notre système solaire, car lorsque le Soleil augmentera sa taille dans les dernières étapes de sa vie, Jupiter finira par devenir une planète à courte période et les interactions de marée seront être beaucoup plus intense, affectant ainsi son destin et l’habitabilité possible de ses lunes.

Référence : « The impact of tidal friction evolution on the orbital déclin of ultra-short-period planets » par Jaime A Alvarado-Montes, Mario Sucerquia, Carolina García-Carmona, Jorge I Zuluaga, Lee Spitler et Christian Schwab, 19 avril 2021, Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.
DOI : 10.1093/mnras/stab1081

Articles connexes