Quatre grosses planètes découvertes autour d’une étoile beaucoup trop jeune

Des astronomes ont découvert un système solaire particulier, à quelque 500 années-lumière de la Terre, qui pourrait les forcer à reconsidérer la façon dont les planètes se forment. L’étoile en question n’a que 2 millions d’années, un  » bambin  » selon les normes astronomiques, mais malgré son très jeune âge, elle est orbitée par 4 planètes de la taille de Jupiter et Saturne.

Depuis la première confirmation d’une exoplanète en orbite autour d’une étoile semblable à un soleil en 1995, et avec seulement quelques fines tranches de notre galaxie la Voie lactée étudiées jusqu’ici, les astronomes ont confirmé 2 327 exoplanètes, et 2 244 candidates attendent une confirmation.

Une estimation statistique récente place, en moyenne, au moins une planète autour de chaque étoile de la galaxie. Cependant, seulement 1 % des étoiles que les astronomes ont étudiées jusqu’à présent abritent un Jupiter chaud, une classe d’exoplanètes géantes gazeuses que l’on estime physiquement semblables à Jupiter, mais avec une période orbitale très courte.

La plupart des Jupiter chauds identifiés actuellement orbitent des étoiles qui ont au moins des centaines de millions d’années. C’est pourquoi CI Tau, la jeune étoile récemment étudiée par des chercheurs de l’université de Cambridge (Royaume-Uni), est si intéressante. De plus, elle n’a pas une, mais 4 géantes gazeuses qui l’orbite.

Les astronomes ont utilisé l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) pour identifier les exoplanètes. CI Tau est entouré d’un énorme disque de poussière et de glace, connu sous le nom de disque protoplanétaire, qui ensemencera des planètes, des lunes, des astéroïdes et autres objets dans son système. Les instruments de l’ALMA ont réussi à trouver des lacunes distinctes dans le disque, dont la modélisation théorique a montré que celles-ci correspondraient à des planètes géantes gazeuses en orbite autour de l’étoile.

Image d’entête : représentation de CI Tau, qui est entourée d’un disque protoplanétaire et de quatre géantes gazeuses. (Université de Cambridge)

Selon la nouvelle étude, les quatre planètes diffèrent considérablement dans leur orbite. La planète la plus proche de CI Tau, un jeune Jupiter chaud, se trouve dans une orbite équivalente à celle de Mercure.

Les orbites les plus éloignées sont 3 fois plus distantes que celle de Neptune du Soleil. Les deux planètes extérieures font environ la masse de Saturne, tandis que les deux planètes intérieures représentent environ 1 et 10 fois la masse de Jupiter respectivement. Étant donné que la planète la plus éloignée est plus de 1000 fois plus éloignée de l’étoile que la plus à l’intérieur, le système a également établi un nouveau record pour la gamme d’orbites la plus extrême observée jusqu’ici.

Les scientifiques ne savent pas trop quoi faire de ce système anormal. Les jupiters chauds ont toujours intrigué les astronomes parce qu’on pense souvent qu’ils orbitent trop près de leurs étoiles mères pour se former in situ, ils pourraient plutôt être des planètes vagabondes capturées par l’attraction de leur étoile. Mais compte tenu de l’âge de CI Tau, les résultats suggèrent que des Jupiter chauds pourraient se former à proximité immédiate d’une étoile.

Selon la première auteure de l’étude, la Professeure Cathie Clarke du Cambridge Institute of Astronomy :

Il est actuellement impossible de dire si l’architecture planétaire extrême observée dans CI Tau est commune dans les systèmes de Jupiter chauds parce que la façon dont ces planètes sœurs ont été détectées, par leur effet sur le disque protoplanétaire, ne fonctionnerait pas dans les systèmes plus anciens qui n’ont plus de disque protoplanétaire.

À l’avenir, l’équipe de chercheurs prévoit d’étudier CI Tau dans de multiples longueurs d’onde pour en apprendre davantage sur le disque et ses planètes. Ils aimeraient savoir, par exemple, si les planètes extérieures ont joué un rôle dans la mise en orbite de leurs frères et sœurs les plus proches. Comment les deux planètes extérieures se sont formées reste aussi un mystère.

Toujours selon Clarke :

Les modèles de formation des planètes ont tendance à se concentrer sur la capacité à produire les types de planètes qui ont déjà été observées, de sorte que les nouvelles découvertes ne correspondent pas nécessairement aux modèles. Les planètes de la masse de Saturne sont censées se former en accumulant d’abord un noyau solide, puis en tirant une couche de gaz par-dessus, mais ces processus sont censés être très lents à de grandes distances de l’étoile. La plupart des modèles auront du mal à produire des planètes de cette masse à cette distance.

L’étude publiée dans la revue Astrophysical Journal Letters : High resolution millimetre imaging of the CI Tau protoplanetary disc – a massive ensemble of protoplanets from 0.1 – 100 AU et présentée sur le site de l’université de Cambridge : Giant planets around young star raise questions about how planets form.