D’après notre compréhension actuelle de la formation des planètes, le TOI-5205b ne devrait pas exister ; c’est une planète « interdite ». —

Plus petites et plus froides que notre Soleil, les naines M sont les étoiles les plus communes de notre galaxie, la Voie lactée. En raison de leur petite taille, ces étoiles ont tendance à être environ deux fois moins chaudes que le Soleil et beaucoup plus rouges. Ils ont des luminosités très faibles, mais des durées de vie extrêmement longues. Bien que les naines rouges hébergent plus de planètes, en moyenne, que d’autres types d’étoiles plus massives, leurs historiques de formation en font des candidates peu probables pour héberger des géantes gazeuses.

La planète nouvellement découverte – TOI 5205b – a été identifiée pour la première fois comme un candidat potentiel par le Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) de la NASA. L’équipe de Kanodia, qui comprenait Anjali Piette de Carnegie, Alan Boss, Johanna Teske et John Chambers, a ensuite confirmé sa nature planétaire et l’a caractérisée à l’aide d’une variété d’instruments et d’installations au sol.

“L’étoile hôte, TOI-5205, est à peu près quatre fois plus grande que Jupiter, mais elle a réussi à former une planète de la taille de Jupiter, ce qui est assez surprenant !” s’exclame Kanodia, spécialisée dans l’étude de ces étoiles, qui représentent près des trois quarts de notre galaxie mais ne sont pas visibles à l’œil nu.

Un petit nombre de géantes gazeuses ont été découvertes en orbite autour d’étoiles naines M plus anciennes. Mais jusqu’à présent, aucune géante gazeuse n’a été trouvée dans un système planétaire autour d’une naine M de faible masse comme TOI-5205. Pour saisir la comparaison de taille ici, une planète semblable à Jupiter en orbite autour d’une étoile semblable au Soleil pourrait être comparée à un pois tournant autour d’un pamplemousse ; pour TOI-5205b, parce que l’étoile hôte est tellement plus petite, elle ressemble plus à un pois qui tourne autour d’un citron. En fait, lorsque le TOI 5205b de la masse de Jupiter passe devant son hôte, il bloque environ 7 % de sa lumière, l’un des plus grands transits d’exoplanètes connus.

Les planètes naissent dans le disque rotatif de gaz et de poussière qui entoure les jeunes étoiles. La théorie la plus couramment utilisée de la formation des planètes gazeuses nécessite environ 10 masses terrestres de ce matériau rocheux pour s’accumuler et former un noyau rocheux massif, après quoi il balaie rapidement de grandes quantités de gaz des régions voisines du disque pour former la planète géante que nous voir aujourd’hui.

Le délai dans lequel cela se produit est crucial.

“L’existence de TOI-5205b étend ce que nous savons des disques dans lesquels ces planètes sont nées”, a expliqué Kanodia. “Au début, s’il n’y a pas assez de matériau rocheux dans le disque pour former le noyau initial, alors on ne peut pas former une planète géante gazeuse. Et à la fin, si le disque s’évapore avant que le noyau massif ne se forme, alors on ne peut pas former une planète géante gazeuse. Et pourtant, TOI-5205b s’est formé malgré ces garde-corps. D’après notre compréhension actuelle nominale de la formation des planètes, TOI-5205b ne devrait pas exister ; c’est une planète « interdite ».

L’équipe a démontré que la très grande profondeur de transit de la planète la rend extrêmement propice aux futures observations avec le JWST récemment lancé, qui pourrait faire la lumière sur son atmosphère et offrir des indices supplémentaires sur le mystère de sa formation.

La recherche de suivi du TESS a été menée à l’aide du détecteur de planètes à zone habitable (HPF ; Texas, États-Unis) et du spectrographe à basse résolution (LRS2 ; Texas, États-Unis) sur le télescope Hobby Eberly de 10 m, la caméra ARCTIC sur le télescope de 3,5 m Apache Point Observatory (APO; Nouveau-Mexique, États-Unis), le NN-Explore Exoplanet Stellar Speckle Imager (NESSI, Arizona, États-Unis) au télescope WIYN de 3,5 m, l’observatoire Red Buttes de 0,6 m (RBO, Wyoming, États-Unis), et le télescope trois cents millimètres de 0,3 m (TMMT, Chili).

Les autres membres de l’équipe de recherche étaient : Penn State University’s Suvrath Mahadevan, Jessica Libby-Roberts, Caleb Cañas (également du centre de vol spatial Goddard de la NASA), Andrea Lin, Arvind Gupta, Luke Powers et Lawrence Ramsey ; Gudmundur Stefansson de l’Université de Princeton ; Greg Zeimann et William Cochran de l’Université du Texas à Austin ; Andrew Monson et Chad Bender de l’Université d’Arizona ; Paul Robertson de l’UC Irvine; Joe Ninan du Tata Institute of Fundamental Research; Scott Diddams de l’Université du Colorado à Boulder ; Samuel Halverson du Jet Propulsion Laboratory; Suzanne Hawley de l’Université de Washington ; Henry Kobulnicky, Brock Parker et Tera Swaby de l’Université du Wyoming ; Andrew Metcalf du Laboratoire de recherche de l’Air Force; Arpita Roy du Space Telescope Science Institute (également de l’Université Johns Hopkins); Christian Schwab de l’Université Macquarie ; Ryan Terrien du Carleton College; et John Wisniewski de l’Université George Mason.