Une lointaine planète pourrait être la première connue à partager son orbite avec une planète en devenir
Notre système solaire est un endroit plutôt bien ordonné. Chaque planète reste dans son couloir, à sa propre distance orbitale du Soleil. La plupart des systèmes planétaires découverts dans notre galaxie semblent également suivre cette tendance. En théorie, cependant, deux planètes pourraient partager la même orbite. Or, pour la première fois, des astronomes pensent que nous pourrions en avoir la preuve dans un petit système planétaire situé à quelque 370 années-lumière de la Terre.
Image d’entête : le système planétaire PDS se caractérise par une étoile en son centre (dans le grand cercle blanc), autour de laquelle gravite la planète PDS 70b (dans le cercle blanc plein) et un nuage de débris (dans le cercle blanc pointillé). Plus loin, le grand anneau jaune est un disque circumstellaire en formation et une autre planète, PDS 70c, se trouve sur son bord intérieur. (ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) /Balsalobre-Ruza et col.)
Ces planètes qui partagent leur orbite sont appelées “planètes troyennes” (Trojan planets) ou, pour les exoplanètes, “exotroyenne” (exotrojans), d’après les populations d’astéroïdes (troyen) qui partagent l’orbite de Jupiter et qui se tiennent en des points stables du point de vue gravitationnel le long de son orbite.
Selon l’astrophysicienne Olga Balsalobre-Ruza, du Centre d’astrobiologie en Espagne :
Il y a vingt ans, on a prédit en théorie que des paires de planètes de masse similaire pourraient partager la même orbite autour de leur étoile, ce que l’on appelle les planètes troyennes ou co-orbitales. Pour la première fois, nous avons trouvé des preuves en faveur de cette idée.
Le système dans lequel la découverte a été faite est déjà connu : troyen. C’est là que nous avons vu, pour la première fois, des images directes non pas d’une, mais de deux exoplanètes en cours de formation, de petites géantes gazeuses appelées PDS-70b et PDS-70c. Les astronomes ont également trouvé des preuves de l’existence d’un disque en formation autour de l’une des proto-exoplanètes, PDS-70c.
Un examen plus approfondi a révélé la présence d’une tache plus pâle que l’exoplanète, qui partage l’orbite de PDS-70b. D’après les calculs, cet objet aurait une masse environ deux fois supérieure à celle de la lune terrestre.
Cette séquence nous emmène vers la constellation australe du Centaure pour finir sur l’étoile naine orange PDS 70, située à environ 400 années-lumière et autour de laquelle gravitent au moins deux planètes. (ESO/L. Calçada/ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) /Balsalobre-Ruza et al. Music: Astral electronic)
Même si cette masse n’est pas encore une planète, les chercheurs sont enthousiasmés par son emplacement. Elle se trouve à un endroit connu sous le nom de point de Lagrange. Chaque système à deux corps possède cinq de ces points : trois le long de la ligne (L1, L2 et L3) reliant les deux corps et deux (L4 et L5) le long de l’orbite du corps le plus petit. Il s’agit de poches d’espace où l’interaction gravitationnelle entre les deux corps s’équilibre avec la force centripète nécessaire pour qu’un corps plus petit se déplace avec eux.
Ce schéma indique les cinq points de Lagrange pour le système Terre-Soleil. (NOIRLab/ NSF/ AURA/ J. da Silva/ M. Zamani)
Jupiter rassemble des astéroïdes dans ses L4 et L5, collectivement connus sous le nom d’astéroïdes troyens. La Terre possède également quelques astéroïdes troyens. Ce sont également des endroits propices à l’installation d’observatoires spatiaux : le télescope spatial James Webb est installé dans l’un des lagrangiens Terre-Soleil. Il est donc logique que quelque chose d’un peu plus gros puisse se “garer” dans l’un de ces emplacements bien pratiques, mais les preuves sont rares. Il semble donc logique qu’il se trouve dans le système PDS-70, tapi dans le lagrangien L5.
Pour Balsalobre-Ruza :
Qui pourrait imaginer deux mondes partageant une même durée d’année et les mêmes conditions d’habitabilité ? Notre travail est la première preuve que ce type de monde pourrait exister. On peut imaginer qu’une planète partage son orbite avec des milliers d’astéroïdes, comme c’est le cas pour Jupiter, mais je suis stupéfait que des planètes puissent partager la même orbite.
Pour l’instant, le partenaire orbital est probablement un épais nuage de poussière, les éléments constitutifs d’une nouvelle planète, plutôt qu’une planète entière. Cette découverte pourrait permettre de mieux comprendre non seulement la probabilité de formation des exotroyenne, mais aussi la formation de systèmes planétaires.
Représentation artistique de nuages de débris troyen. (ESO/ L. Calçada)
On pense par exemple que Jupiter a accumulé ses troyens au fil du temps et de la migration à partir d’un point plus éloigné du Soleil. L’étude de PDS-70b, qui ressemble à Jupiter, pourrait permettre d’élucider cette théorie. Nous devrons cependant attendre un peu avant d’obtenir des réponses. L’équipe devra réexaminer le système en 2026 pour voir si le nuage de poussière se déplace avec PDS-70b en tant que compagnon co-orbital dans le point de Lagrange L5.
L’étude publiée dans la revue Astronomy & Astrophysics : Tentative co-orbital submillimeter emission within the Lagrangian region L5 of the protoplanet PDS 70 b et présentée sur le site de l’ESO : Does this exoplanet have a sibling sharing the same orbit?
