Un système déroutant à six exoplanètes avec un mouvement rythmique défie les théories sur la formation des planètes –

La première fois que l’équipe a observé TOI-178, une étoile à quelque 200 années-lumière de la constellation du Sculpteur, ils ont pensé avoir repéré deux planètes en faisant le tour sur la même orbite. Cependant, un examen plus attentif a révélé quelque chose d’entièrement différent. “Grâce à d’autres observations, nous avons réalisé qu’il n’y avait pas deux planètes en orbite autour de l’étoile à peu près à la même distance de celle-ci, mais plutôt plusieurs planètes dans une configuration très spéciale”, explique Adrien Leleu de l’Université de Genève et de l’Université de Berne, Suisse, qui a mené une nouvelle étude du système publiée aujourd’hui dans Astronomie et astrophysique.

La nouvelle recherche a révélé que le système possède six exoplanètes et que toutes sauf celle qui est la plus proche de l’étoile sont enfermées dans une danse rythmique alors qu’elles se déplacent sur leurs orbites. En d’autres termes, ils sont en résonance. Cela signifie qu’il y a des modèles qui se répètent au fur et à mesure que les planètes tournent autour de l’étoile, certaines planètes s’alignant toutes les quelques orbites. Une résonance similaire est observée sur les orbites de trois des lunes de Jupiter: Io, Europa et Ganymède. Io, le plus proche des trois de Jupiter, effectue quatre orbites complètes autour de Jupiter pour chaque orbite que Ganymède, la plus éloignée, fait, et deux orbites complètes pour chaque orbite qu’Europa fait.

Les cinq exoplanètes externes du système TOI-178 suivent une chaîne de résonance beaucoup plus complexe, l’une des plus longues jamais découvertes dans un système de planètes. Alors que les trois lunes de Jupiter sont dans une résonance 4: 2: 1, les cinq planètes extérieures du système TOI-178 suivent une chaîne 18: 9: 6: 4: 3: tandis que la deuxième planète de l’étoile (la première dans le chaîne de résonance) complète 18 orbites, la troisième planète de l’étoile (deuxième de la chaîne) complète 9 orbites, et ainsi de suite. En fait, les scientifiques n’ont initialement trouvé que cinq planètes dans le système, mais en suivant ce rythme de résonance, ils ont calculé où se trouverait sur son orbite une planète supplémentaire lorsqu’ils auraient ensuite une fenêtre pour observer le système.

Plus qu’une simple curiosité orbitale, cette danse de planètes résonnantes fournit des indices sur le passé du système. «Les orbites de ce système sont très bien ordonnées, ce qui nous dit que ce système a évolué assez doucement depuis sa naissance», explique le co-auteur Yann Alibert de l’Université de Berne. Si le système avait été significativement perturbé plus tôt dans sa vie, par exemple par un impact géant, cette configuration fragile d’orbites n’aurait pas survécu.

Trouble du système rythmique

Mais même si la disposition des orbites est nette et bien ordonnée, les densités des planètes “sont beaucoup plus désordonnées”, explique Nathan Hara de l’Université de Genève, en Suisse, qui a également participé à l’étude. “Il semble qu’il y ait une planète aussi dense que la Terre juste à côté d’une planète très pelucheuse avec la moitié de la densité de Neptune, suivie d’une planète avec la densité de Neptune. Ce n’est pas ce à quoi nous sommes habitués.” Dans notre système solaire, par exemple, les planètes sont bien agencées, avec les planètes rocheuses plus denses plus proches de l’étoile centrale et les planètes gazeuses duveteuses à faible densité plus loin.

«Ce contraste entre l’harmonie rythmique du mouvement orbital et les densités désordonnées remet certainement en question notre compréhension de la formation et de l’évolution des systèmes planétaires», dit Leleu.

Combiner des techniques

Pour étudier l’architecture inhabituelle du système, l’équipe a utilisé les données du satellite CHEOPS de l’Agence spatiale européenne, aux côtés de l’instrument au sol ESPRESSO sur le VLT de l’ESO et les NGTS et SPECULOOS, tous deux situés à l’observatoire de Paranal de l’ESO au Chili. Étant donné que les exoplanètes sont extrêmement difficiles à repérer directement avec des télescopes, les astronomes doivent plutôt s’appuyer sur d’autres techniques pour les détecter. Les principales méthodes utilisées sont l’imagerie des transits – observation de la lumière émise par l’étoile centrale, qui s’assombrit lorsqu’une exoplanète passe devant elle lorsqu’elle est observée depuis la Terre – et les vitesses radiales – l’observation du spectre lumineux de l’étoile pour de petits signes d’oscillations. qui se produisent lorsque les exoplanètes se déplacent sur leurs orbites. L’équipe a utilisé les deux méthodes pour observer le système: CHEOPS, NGTS et SPECULOOS pour les transits et ESPRESSO pour les vitesses radiales.

En combinant les deux techniques, les astronomes ont pu recueillir des informations clés sur le système et ses planètes, qui gravitent autour de leur étoile centrale beaucoup plus près et beaucoup plus rapidement que la Terre tourne autour du Soleil. La plus rapide (la planète la plus intérieure) termine une orbite en quelques jours seulement, tandis que la plus lente prend environ dix fois plus de temps. Les six planètes ont des tailles allant d’environ une à environ trois fois la taille de la Terre, tandis que leurs masses sont de 1,5 à 30 fois la masse de la Terre. Certaines planètes sont rocheuses, mais plus grandes que la Terre – ces planètes sont connues sous le nom de Super-Terres. D’autres sont des planètes gazeuses, comme les planètes extérieures de notre système solaire, mais elles sont beaucoup plus petites – elles sont surnommées Mini-Neptunes.

Bien qu’aucune des six exoplanètes trouvées ne se trouve dans la zone habitable de l’étoile, les chercheurs suggèrent qu’en poursuivant la chaîne de résonance, ils pourraient trouver des planètes supplémentaires qui pourraient exister dans ou très près de cette zone. L’ESO’s Extremely Large Telescope (ELT), qui devrait commencer à fonctionner cette décennie, sera en mesure d’imager directement des exoplanètes rocheuses dans la zone habitable d’une étoile et même de caractériser leurs atmosphères, offrant l’occasion de connaître des systèmes comme TOI-178 en même temps. Plus de détails.

Source de l’histoire:

Matériaux fourni par ESO. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.