Une exoplanète bizarre enfreint toutes les règles orbitales

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Dans notre système solaire, les orbites planétaires ont toutes une orientation similaire. Leurs plans orbitaux varient de quelques degrés, mais à peu près les planètes orbitent toutes dans la même direction. Ce plan invariable, comme on l’appelle, a également une orientation à quelques degrés du plan de rotation du Soleil. La plupart des systèmes planétaires ont un arrangement similaire, où les orbites planétaires et la rotation stellaire sont à peu près alignées, mais quelques exoplanètes défient cette tendance, et nous ne savons pas exactement pourquoi.

Une orientation commune au sein d’un système planétaire est logique compte tenu de la formation des systèmes planétaires. Le nuage protostellaire à partir duquel une étoile et ses planètes se forment a généralement un certain élan de rotation inhérent. Lorsqu’une étoile commence à fusionner, un disque protoplanétaire se forme autour de l’étoile. Puisque les planètes se forment dans ce disque, elles se retrouvent toutes avec des orbites similaires. Les choses peuvent être plus compliquées avec les systèmes binaires ou à étoiles multiples, mais vous vous attendriez à ce que les systèmes planétaires à une seule étoile aient un plan invariable similaire au nôtre. Cependant, ce n’est pas vrai pour un système planétaire connu sous le nom de WASP-131, comme le montre une étude récente.

WASP-131 est connu pour avoir au moins une planète, 131b. C’est une planète de gaz chaud avec une masse un peu inférieure à Saturne qui orbite autour de 131 tous les cinq jours. Des études antérieures sur 131b ont trouvé la planète inhabituelle en raison de l’épaisseur de son atmosphère. Bien que sa masse ne soit qu’un quart de celle de Jupiter, son diamètre est 20 % plus grand que celui de Jupiter. 131b a une densité si faible pour une planète gazeuse qu’elle est connue sous le nom de planète super-bouffée.

La planète a été découverte par la méthode des transits, ce qui signifie qu’elle passe devant son étoile de notre point de vue. C’est un moyen efficace de trouver des exoplanètes, mais cela peut également être utilisé pour vérifier le mouvement de rotation de l’étoile. En raison de la rotation stellaire, la lumière provenant de la région de l’étoile tournant vers nous est légèrement décalée vers le bleu, et la lumière provenant de la région tournant loin de nous est légèrement décalée vers le rouge. Cela signifie que les lignes spectrales de l’étoile sont un peu floues. L’effet est connu sous le nom d’élargissement Doppler. Lorsque la planète passe devant l’étoile, elle bloque tour à tour une partie des régions décalées vers le bleu et décalées vers le rouge. Cela provoque un léger décalage des raies spectrales de l’étoile. Cet effet Rossiter-McLaughlin, tel qu’il est connu, permet aux astronomes de mesurer l’orientation de la rotation stellaire.

Une illustration de l’effet Rossiter-McLaughlin. Crédit : utilisateur de Wikipédia Autiwa

Lorsque l’équipe a analysé la rotation de WASP-131, ils ont constaté qu’elle n’était pas similaire à celle de sa planète. L’orbite de 131b est inclinée d’environ 160 degrés par rapport au plan de rotation de l’étoile, ce qui signifie qu’elle se trouve sur une orbite rétrograde haute, presque polaire. Bien sûr, cela soulève la question de savoir comment la planète a pu avoir une orbite aussi étrange.

Une idée est un processus connu sous le nom d’effet Kozai. Les interactions dynamiques entre la planète, son étoile et d’autres planètes du système peuvent entraîner l’éloignement de l’orbite de la planète invariante. Nous le voyons dans notre propre système solaire avec Pluton et Neptune, qui a incliné l’orbite de Pluton au fil du temps. L’effet Kozai est cependant plus prononcé avec des planètes plus petites, et l’interaction entre la planète et l’étoile ne suffit pas à elle seule à expliquer une orbite aussi inclinée. Une autre possibilité est une interaction magnétique entre la planète et le disque protoplanétaire au début de sa période de formation.

Bien que le mécanisme derrière l’orbite impaire ne soit pas clair, il suit un schéma observé avec de nombreuses exoplanètes à gaz chaud. Environ un quart d’entre eux ont des orbites considérablement inclinées. Il semble que ces planètes sortent parfois de la ligne.

Référence: Doyle, L., et al. “WASP-131 b avec ESPRESSO I : Un sous-Saturne gonflé sur une orbite polaire autour d’une étoile de type solaire à rotation différentielle.” prépublication arXiv arXiv:2304.12163 (2023).

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