La découverte d’une planète trop grande pour son soleil bouleverse les modèles de formation du système solaire

La découverte d’une planète beaucoup trop massive pour son soleil remet en question ce que l’on pensait auparavant de la formation des planètes et de leur système solaire, selon des chercheurs de Penn State.

Dans un article publié dans la revue Science, des chercheurs rapportent la découverte d’une planète plus de 13 fois plus massive que la Terre en orbite autour de l’étoile « ultra-froide » LHS 3154, elle-même neuf fois moins massive que le soleil. Le rapport de masse de la planète nouvellement découverte avec son étoile hôte est plus de 100 fois supérieur à celui de la Terre et du Soleil.

La découverte révèle la planète la plus massive connue en orbite proche autour d’une étoile naine ultra-froide, les étoiles les moins massives et les plus froides de l’univers. Cette découverte va à l’encontre de ce que les théories actuelles prédisent en matière de formation de planètes autour de petites étoiles et marque la première fois qu’une planète d’une masse aussi élevée est repérée en orbite autour d’une étoile de masse aussi faible.

“Cette découverte fait vraiment ressortir à quel point nous savons peu de choses sur l’univers”, a déclaré Suvrath Mahadevan, professeur Verne M. Willaman d’astronomie et d’astrophysique à Penn State et co-auteur de l’article. “Nous ne nous attendrions pas à ce qu’une planète aussi lourde existe autour d’une étoile de masse aussi faible.”

Il a expliqué que les étoiles se forment à partir de grands nuages ​​​​de gaz et de poussière. Une fois l’étoile formée, le gaz et la poussière restent sous forme de disques de matière en orbite autour de l’étoile nouveau-née, qui peuvent éventuellement se transformer en planètes.

“Le disque formant planète autour de l’étoile de faible masse LHS 3154 ne devrait pas avoir suffisamment de masse solide pour former cette planète”, a déclaré Mahadevan. “Mais cela existe, nous devons donc maintenant réexaminer notre compréhension de la formation des planètes et des étoiles.”

Les chercheurs ont repéré la planète surdimensionnée, nommée LHS 3154b, à l’aide d’un spectrographe astronomique construit à Penn State par une équipe de scientifiques dirigée par Mahadevan. L’instrument, appelé Habitable Zone Planet Finder ou HPF, a été conçu pour détecter les planètes en orbite autour des étoiles les plus froides en dehors de notre système solaire avec le potentiel d’avoir de l’eau liquide – un ingrédient clé de la vie – à leur surface.

Bien que de telles planètes soient très difficiles à détecter autour d’étoiles comme notre Soleil, la basse température des étoiles ultra-froides signifie que les planètes capables d’avoir de l’eau liquide à leur surface sont beaucoup plus proches de leur étoile par rapport à la Terre et au soleil. Cette distance plus courte entre ces planètes et leurs étoiles, combinée à la faible masse des étoiles ultra-froides, donne lieu à un signal détectable annonçant la présence de la planète, a expliqué Mahadevan.

“Pensez-y comme si l’étoile était un feu de camp. Plus le feu se refroidit, plus vous devrez vous rapprocher de ce feu pour rester au chaud”, a déclaré Mahadevan. “La même chose est vraie pour les planètes. Si l’étoile est plus froide, alors une planète devra être plus proche de cette étoile si elle veut être suffisamment chaude pour contenir de l’eau liquide. Si une planète a une orbite suffisamment proche de son étoile ultra-froide , nous pouvons le détecter en observant un changement très subtil dans la couleur du spectre ou de la lumière de l’étoile lorsqu’elle est tirée par une planète en orbite. »

Situé au télescope Hobby-Eberly de l’observatoire McDonald au Texas, le HPF fournit certaines des mesures les plus précises à ce jour de ces signaux infrarouges provenant d’étoiles proches.

“Faire la découverte avec HPF était très spécial, car il s’agit d’un nouvel instrument que nous avons conçu, développé et construit à partir de zéro dans le but d’observer la population planétaire inexplorée autour des étoiles de masse la plus faible”, a déclaré Guðmundur Stefánsson, de la NASA. Sagan Fellow en astrophysique à l’Université de Princeton et auteur principal de l’article, qui a contribué au développement de HPF et a travaillé sur l’étude en tant qu’étudiant diplômé à Penn State.

“Maintenant, nous en récoltons les fruits, en apprenant des aspects nouveaux et inattendus de cette population passionnante de planètes en orbite autour de certaines des étoiles les plus proches.”

L’instrument a déjà fourni des informations cruciales pour la découverte et la confirmation de nouvelles planètes, a expliqué Stefánsson, mais la découverte de la planète LHS 3154b a dépassé toutes les attentes.

“Sur la base des travaux d’enquête en cours avec le HPF et d’autres instruments, un objet comme celui que nous avons découvert est probablement extrêmement rare, donc sa détection a été vraiment passionnante”, a déclaré Megan Delamer, étudiante diplômée en astronomie à Penn State et co-auteur de l’étude. papier. “Nos théories actuelles sur la formation des planètes ont du mal à rendre compte de ce que nous observons.”

Dans le cas de la planète massive découverte en orbite autour de l’étoile LHS 3154, le noyau planétaire lourd déduit des mesures de l’équipe nécessiterait une plus grande quantité de matière solide dans le disque formant la planète que ne le prédisent les modèles actuels, a expliqué Delamer.

Cette découverte soulève également des questions sur les connaissances antérieures sur la formation des étoiles, car le rapport masse de poussière et poussière/gaz du disque entourant les étoiles comme LHS 3154 – lorsqu’elles étaient jeunes et nouvellement formées – devrait être 10 fois plus élevé. que ce qui a été observé afin de former une planète aussi massive que celle découverte par l’équipe.

“Ce que nous avons découvert constitue un test extrême pour toutes les théories existantes sur la formation des planètes”, a déclaré Mahadevan. “C’est exactement ce pour quoi nous avons construit HPF, découvrir comment les étoiles les plus courantes de notre galaxie forment des planètes et trouver ces planètes.”