Les planètes extrasolaires: comme des petits pois dans une cosse

Une étude réalisée grâce à des observations faites à l’observatoire W.M. Keck de 909 planètes et 355 étoiles révèle qu’à l’inverse de notre système solaire, la régularité serait la règle pour les systèmes planétaires.

Une équipe internationale de recherche dirigée par Lauren Weiss, astrophysicienne à l’Université de Montréal, a découvert que les exoplanètes en orbite autour d’une même étoile sont de taille similaire et à une distance régulière les unes des autres. Ce schéma, révélé par de nouvelles observations faites à l’observatoire W. M. Keck de systèmes planétaires mis au jour grâce au télescope Kepler, laisse supposer que la plupart des systèmes planétaires ne se sont pas formés de la même façon que le système solaire.

Grâce en bonne partie au télescope Kepler, lancé en 2009 par la NASA, l’existence de milliers d’exoplanètes nous est maintenant connue. Ce vaste échantillon permet aux chercheurs non seulement d’étudier des systèmes en particulier, mais aussi de tirer des conclusions à propos des systèmes planétaires en général. Lauren Weiss fait partie de l’équipe du California Kepler Survey, qui a travaillé à l’observatoire W. M. Keck , sur le Maunakea à Hawaii, pour obtenir les spectres à haute résolution de 1305 étoiles autour desquelles gravitent 2025 planètes découvertes par le télescope Kepler. À partir de ces spectres, l’équipe a mesuré la taille des étoiles et de leurs planètes.

Dans cette nouvelle analyse, dirigée par Lauren Weiss et publiée dans The Astronomical Journal, l’équipe s’est concentrée sur 909 planètes appartenant à 355 systèmes multiplanétaires. La plupart d’entre elles se trouvent à une distance de 1000 à 4000 années-lumière de la Terre. Au moyen d’une analyse statistique, l’équipe a constaté deux schémas étonnants. D’abord, les exoplanètes voisines semblent être toutes de la même taille: si une planète est petite, la planète voisine qui tourne autour de la même étoile sera fort probablement de petite taille; et si une planète est grosse, sa voisine d’orbite le sera également. Ensuite, les planètes qui tournent autour de la même étoile sont à une distance régulière les unes des autres.

Les planètes d’un même système planétaire sont un peu comme des petits pois dans une cosse : elles ont des tailles semblables et sont à des distances régulières les unes des autres. (Crédit: B. Ebbesen)

«Les planètes d’un système ont la même taille et sont espacées régulièrement, comme des petits pois à l’intérieur d’une cosse. On n’observerait pas de tels schémas si la taille et l’espacement des planètes étaient aléatoires», explique l’astrophysicienne Lauren Weiss.

Comment se forment les planètes

La taille similaire des planètes et l’écart régulier qui les sépare nous donnent des indices quant à la façon dont la plupart des systèmes se forment. Selon la théorie classique, les planètes naissent dans le disque de gaz et de poussières qui entoure les étoiles nouvellement formées. Elles peuvent apparaître en groupes compacts, être de taille similaire et à égale distance les unes des autres, comme semblent le démontrer les nouveaux schémas observés dans les systèmes exoplanétaires.

Notre Système solaire serait particulier

Dans notre système toutefois, les planètes proches du Soleil sont de tailles variées et étonnamment éloignées les unes des autres. De nombreuses preuves permettent d’affirmer que Jupiter et Saturne ont perturbé la structure du système solaire à ses débuts, ce qui a provoqué la formation des quatre planètes telluriques largement espacées que nous connaissons. Le fait que les planètes dans la plupart des systèmes soient de taille et d’espacement similaires pourrait indiquer qu’elles n’ont subi que peu de perturbations depuis leur formation.

À la recherche d’autres Jupiters

Pour mettre cette hypothèse à l’épreuve, Lauren Weiss a entrepris une nouvelle étude à l’observatoire W. M. Keck: elle cherche des planètes semblables à Jupiter dans les systèmes Kepler. Les systèmes étudiés par la chercheuse et son équipe se composent de nombreuses planètes, toutes assez proches de leur étoile respective. À cause de sa durée limitée, la mission Kepler n’a pas permis de déterminer le type de planètes qui pourraient orbiter à plus grande distance, ni même si de telles planètes existent dans ces systèmes. L’équipe espère vérifier si la présence ou l’absence de planètes semblables à Jupiter en orbite éloignée influe sur les schémas des planètes en orbite rapprochée.

Indifféremment de l’existence de planètes éloignées, la similitude des planètes situées à faible distance des étoiles dans les systèmes extrasolaires demande une explication. S’ils découvrent le facteur déterminant de la taille des planètes, les chercheurs pourront peut-être établir quelles étoiles ont des planètes telluriques susceptibles d’abriter des formes de vie.

Information additionnelle

L’article «The California-Kepler Survey V. Peas in a Pod: Planets in a Kepler Multi-planet System are Similar in Size and Regularly Spaced» est publié dans The Astronomical Journal. L’étude a été financée par la Fondation de la famille Trottier. Outre Lauren M. Weiss (Institut de recherche sur les exoplanètes de l’Université de Montréal), l’équipe comprend les membres suivants: Benjamin J. Fulton (Caltech et Université d’Hawaii), Erik A. Petigura (Caltech), Andrew W. Howard (Caltech), Howard Isaacson (Université de Californie à Berkeley), Geoffrey W. Marcy (Université de Californie à Berkeley), Phillip A. Cargile (Université Harvard), Leslie Hebb (collèges Hobart et William Smith), Timothy D. Morton (Université de Princeton), Evan Sinukoff (Université d’Hawaii et Caltech), Ian J. M. Crossfield (Université de Californie à Santa Cruz) et Lea A. Hirsch (Caltech).

L’Institut de recherche sur les exoplanètes – l’IREx – regroupe les meilleurs chercheurs et leurs étudiants afin de tirer pleinement profit des grands projets observationnels en cours ou à venir, avec l’objectif ultime de trouver de la vie ailleurs. L’Institut se consacre à la recherche de mondes inconnus et de signes de vie sur d’autres planètes.

Certaines données présentées ici ont été obtenues à l’observatoire W. M. Keck, un organisme privé sans but lucratif en vertu de l’article 501(c) (3) du US Internal Revenue Code, exploité dans le cadre d’un partenariat scientifique entre l’Institut de technologie de Californie (Caltech), l’Université de Californie et la NASA. L’observatoire a vu le jour grâce au généreux soutien financier de la Fondation W. M. Keck.

Les auteurs souhaitent souligner le rôle culturel très important du Mauna Kea pour la communauté autochtone d’Hawaii et l’immense respect qu’il lui a toujours inspiré. Nous nous considérons comme extrêmement chanceux d’avoir accès à ce mont pour nos activités d’observation.

Le centre de recherche Ames gère les missions Kepler et K2 au nom de la Direction des missions scientifiques de la NASA. Le Laboratoire de recherche sur la propulsion par réaction de la NASA à Pasadena, en Californie, a géré la mise en place de la mission Kepler. Ball Aerospace & Technologies Corp. dirige le système de vol avec l’aide du Laboratoire de physique atmosphérique et cosmique de l’Université du Colorado à Boulder.