Migration tumultueuse au bord du Désert chaud de Neptune


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  • Toutes sortes d’exoplanètes orbitent très près de leur étoile. Certains ressemblent à la Terre, d’autres à Jupiter. Très peu, cependant, sont similaires à Neptune. Pourquoi cette anomalie dans la répartition des exoplanètes ? Des chercheurs de l’Université de Genève (UNIGE) et du Pôle de recherche national (PRN) PlanetS ont observé un échantillon de planètes situées au bord de ce Désert chaud de Neptune pour comprendre sa création. Grâce à une technique combinant les deux principales méthodes d’étude des exoplanètes (vitesses radiales et transits), ils ont pu établir qu’une partie de ces exoplanètes a migré de manière turbulente près de leur étoile, ce qui les a poussées hors du plan orbital où elles se trouvaient. formé. Ces résultats sont publiés dans la revue spécialisée Astronomie & Astrophysique.

    Depuis la découverte de la première exoplanète en 1995, les chercheurs ont détecté plus de 5’000 planètes dans notre voisinage galactique, la plupart en orbite très proche de leur étoile. Si la diversité de ces nouveaux mondes va des géantes gazeuses de la taille de Jupiter ou de Saturne à des planètes plus petites de la taille de Mercure, en passant par des planètes rocheuses plus grandes que la Terre, les planètes gazeuses de la taille de Neptune semblent manquer. Les astronomes appellent cette  »boîte » vide dans la distribution des planètes proches le Désert chaud de Neptune.

     »La répartition des planètes proches de leur étoile est façonnée par une interaction complexe entre processus atmosphériques et dynamiques, c’est-à-dire les mouvements des planètes dans le temps », commente Vincent Bourrier, maître de conférences au Département d’astronomie de la Faculté des sciences de l’UNIGE. .  »Nous avons aujourd’hui plusieurs hypothèses pour expliquer ce désert mais rien n’est encore certain et le mystère demeure ». Ces planètes ont-elles entièrement perdu leur atmosphère, érodée par le rayonnement intense de leur étoile ? Ont-elles migré de leur lieu de naissance vers les parties extérieures du système par un mécanisme différent des autres types de planètes, les empêchant d’atteindre les mêmes orbites proches ?

    Migration perturbée

    Dans un travail récent, une équipe de scientifiques de l’UNIGE apporte des éléments de réponse en s’intéressant à l’architecture orbitale des planètes situées en bordure de ce désert. En sondant quatorze planètes autour de cette zone, allant des petites planètes aux géantes gazeuses, les astronomes se sont intéressés à l’orientation de leurs orbites par rapport à l’axe de rotation de leur étoile. Cette information permet de distinguer les processus de migration douce (les planètes se déplacent dans le plan équatorial de leur étoile où elles se sont formées) des processus de migration disruptive (les planètes migrent et sont poussées hors du plan où elles se sont formées) .

    Les chercheurs ont pu montrer que la plupart des planètes de leur échantillon ont une orbite mal alignée avec l’équateur stellaire.  »Nous avons constaté que les trois quarts de ces planètes ont une orbite polaire (elles tournent au-dessus des pôles de leur étoile), ce qui est une fraction plus importante que pour les planètes plus éloignées du désert. Cela reflète le rôle des processus migratoires perturbateurs dans la formation du désert », résume Vincent Bourrier, premier auteur.

    Deux méthodes combinées

    Pour parvenir à ces résultats, les scientifiques ont utilisé la méthode des vitesses radiales et la méthode des transits, qui sont utilisées pour étudier les exoplanètes.  »Analyser les vitesses radiales lors du transit d’une planète nous permet de déterminer si elle orbite autour de l’équateur stellaire, autour des pôles, ou si le système est dans une configuration intermédiaire, car des architectures différentes produiront des signatures différentes », explique Omar Attia, doctorante au Département d’astronomie de la Faculté des sciences de l’UNIGE et deuxième auteur de l’étude. Ces deux méthodes ont été combinées avec les données obtenues avec les spectrographes HARPS et HARPS-Nord, créés à l’UNIGE et situés sur le télescope de 3,6 m de l’ESO (European Southern Observatory) et du TNG (Telescopio Nazionale Galileo).

    Le chemin pour comprendre tous les mécanismes impliqués dans la formation du Désert Chaud de Neptune est encore long. Il faudra notamment explorer avec cette technique les plus petites planètes au bord du désert, aujourd’hui difficiles d’accès même avec des instruments de dernière génération comme le spectrographe ESPRESSO, construit par l’UNIGE et installé sur les plus grands télescopes européens. Il faudra attendre la mise en service de l’ELT, le supertélescope de 39 mètres de l’ESO, prévu pour 2027.

    Cette recherche a été menée dans le cadre du projet SPICE DUNE (SpectroPhotometric Inquiry of Close-in Exoplanets around the Desert to Understand their Nature and Evolution), pour lequel Vincent Bourrier a été soutenu par le Conseil européen de la recherche (ERC).

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