Une conception d’artiste des sept planètes du système TRAPPIST-1 qui orbitent autour de l’étoile dans un plan exceptionnellement plat. Les astronomes ont utilisé l’extrême planéité du système pour contraindre les propriétés et l’évolution du disque protoplanétaire. Crédit : NASA et JPL/Caltech
Les planètes du système solaire orbitent toutes autour du Soleil plus ou moins dans un plan. Par rapport à l’orbite terrestre, qui définit le plan à zéro degré, l’orbite avec le plus grand angle est celle de Mercure dont l’inclinaison est de 7 degrés (l’angle de l’orbite de la planète naine Pluton est de 17. 2 degrés). Les caractéristiques orbitales des planètes évoluent à mesure que le disque protoplanétaire de gaz et de poussière se dissipe et que les jeunes planètes elles-mêmes migrent dans le disque en réponse à leurs influences gravitationnelles mutuelles et aux effets de la matière dans le disque. Les astronomes reconnaissent donc que l’apparence orbitale d’un système planétaire reflète son histoire évolutive.
Le système planétaire TRAPPIST-1 se compose de sept planètes de la taille de la Terre en orbite autour d’une petite étoile (une masse de seulement 0,09 masse solaire) à environ quarante années-lumière du Soleil. Détectées pour la première fois par les télescopes TRAPPIST, les observations de suivi avec la caméra IRAC sur Spitzer et la mission K2, entre autres, ont désormais déterminé les masses planétaires avec des précisions comprises entre 5 et 12 % et affiné d’autres propriétés du système. Remarquablement, le système est de loin le plus plat connu : son inclinaison orbitale n’est que de 0,072 degrés. Cette extrême planéité est potentiellement une contrainte très importante sur la formation et l’évolution du système. Le système est également très compact avec la plus éloignée de ses sept planètes en orbite à seulement 0,06 unité astronomique de l’étoile (dans notre système solaire, Mercure orbite plus de cinq fois plus loin). Dans une configuration si serrée, les attractions gravitationnelles mutuelles des planètes auront une influence particulièrement importante sur des détails tels que les inclinaisons orbitales.
CfA Les astronomes Matthew Heising, Dimitar Sasselov, Lars Hernquist et Ana Luisa Tió Humphrey ont utilisé une simulation informatique en 3D du disque gazeux et des planètes pour étudier une gamme de modèles de formation possibles, dont plusieurs avaient été suggérés dans des études précédentes. Sachant que le disque protostellaire gazeux influence les propriétés de migration des planètes, les scientifiques se sont également particulièrement intéressés à explorer quelle aurait pu être la masse minimale du disque pour le système TRAPPIST-1. Ils ont adapté le code informatique AREPO, qui a été utilisé avec succès dans le passé principalement pour des simulations cosmologiques.
Les astronomes concluent que, en accord avec certaines spéculations antérieures, les sept planètes se sont probablement formées séquentiellement, chacune initialement à une distance de l’étoile où la température baisse suffisamment pour que l’eau gèle, puis migre vers l’intérieur, s’accrétant lentement sur le chemin et s’arrêtant lorsque son orbite est influencée de manière appropriée par la présence des autres planètes. Seule une masse de disque modeste est requise, environ 0,04 masse solaire, les modèles traitant également de la distribution de matière à l’intérieur du disque, et de plus les astronomes peuvent exclure des masses de disque plus d’une quinzaine de fois cette valeur. Le nouveau travail montre comment les simulations de systèmes planétaires peuvent être utilisées pour déduire des détails remarquables sur la façon dont ils se sont formés et ont évolué.
Référence : « À quel point un système planétaire peut-il être plat ? I. The Case of TRAPPIST-1 » de Matthew Z. Heising, Dimitar D. Sasselov, Lars Hernquist et Ana Luisa Tió Humphrey, 3 juin 2021, Le Journal d’Astrophysique.
DOI : 10.3847 / 1538-4357 / abf8a8
