La détection d’un jeune Jupiter chaud très proche de son étoile révèle des indices sur la formation de ces exoplanètes

Au cours des dernières décennies, ce sont plus de 4000 exoplanètes qui ont été détectées et ajoutées au catalogue des planètes connues en dehors de notre système solaire. Planètes telluriques similaires à la Terre ou géantes gazeuses, de nombreux types d’exoplanètes ont été identifiés au cours du temps. L’une de ces catégories est celle des Jupiter chauds, des exoplanètes gazeuses semblables à Jupiter orbitant près de leur étoile et dont la température est supérieure à 700 °C. Actuellement, plusieurs hypothèses existent quant à la formation et la dynamique de telles exoplanètes, mais aucun mécanisme consensuel n’a encore été confirmé. Cependant, la découverte d’un très jeune Jupiter chaud très proche de son étoile pourrait offrir des indices sur cette question.

Pour répondre à ces questions, les astrophysiciens devront observer bon nombre de ces géantes chaudes très tôt dans leur formation. Une nouvelle étude publiée dans la revue The Astronomical Journal rapporte la détection de l’exoplanète HIP 67522 b, qui semble être la plus jeune Jupiter chaude jamais trouvée. Elle orbite autour d’une étoile bien étudiée qui a environ 17 millions d’années, ce qui signifie que le Jupiter chaud n’a probablement que quelques millions d’années, tandis que la plupart des Jupiters chauds connus ont plus d’un milliard d’années.

La planète met environ sept jours pour orbiter autour de son étoile, qui a une masse similaire à celle du Soleil. Situé à seulement 490 années-lumière de la Terre, HIP 67522 b a environ 10 fois le diamètre de la Terre, proche de celui de Jupiter. Sa taille indique fortement qu’il s’agit d’une planète dominée par le gaz.

Un jeune Jupiter chaud identifié par TESS et confirmé par Spitzer

HIP 67522 b a été identifié comme une planète candidate par le Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) de la NASA, qui détecte les planètes via la méthode de transit : les astrophysiciens recherchent de petites baisses de la luminosité d’une étoile, indiquant qu’une planète en orbite est passée entre l’observateur et l’étoile. Mais les jeunes étoiles ont tendance à avoir beaucoup de taches sombres sur leurs surfaces — des taches stellaires, également appelées taches solaires quand elles apparaissent sur le Soleil — qui peuvent ressembler à des planètes en transit.

Les planétologues ont donc utilisé les données de l’observatoire infrarouge de la NASA, le télescope spatial Spitzer, pour confirmer que le signal de transit provenait d’une planète et non d’une tâche. (D’autres méthodes de détection d’exoplanètes ont donné des indices sur la présence de Jupiters chauds encore plus jeunes, mais aucune n’a été confirmée). La découverte offre l’espoir de trouver plus de jeunes Jupiters chauds et d’en apprendre davantage sur la formation des planètes dans l’Univers.

« Nous pouvons en apprendre beaucoup sur notre système solaire et son histoire en étudiant les planètes et d’autres objets en orbite autour du Soleil. Mais nous ne saurons jamais à quel point notre système solaire est unique ou commun à moins que nous ne recherchions des exoplanètes. Les planétologues découvrent comment notre système solaire s’intègre dans le tableau plus large de la formation des planètes dans l’Univers », explique Aaron Rizzuto, astrophysicien à l’Université du Texas.

Les hypothèses concernant la formation et la dynamique des Jupiters chauds

Il existe trois hypothèses principales sur la façon dont les Jupiters chauds se rapprochent si près de leurs étoiles parentes. La première est qu’elles se forment simplement là et restent en place. Mais il est difficile d’imaginer des planètes se former dans un environnement aussi intense. Non seulement la chaleur torride vaporiserait la plupart des matériaux, mais les jeunes étoiles entrent en éruption fréquemment avec des explosions massives et des vents stellaires, dispersant potentiellement toute nouvelle planète émergente.

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Il semble plus probable que les géantes gazeuses se développent plus loin de leur étoile parente, au-delà d’une frontière appelée la ligne de glace, où il fait assez froid pour que de la glace et d’autres matériaux solides se forment. Les planètes semblables à Jupiter sont composées presque entièrement de gaz, mais elles contiennent des noyaux solides. Il serait plus facile pour ces noyaux de se former après la ligne de glace, où les matériaux gelés pourraient s’accrocher comme une boule de neige en croissance.

Les deux autres hypothèses supposent que c’est le cas et que les Jupiters chauds se rapprochent alors de leurs étoiles. Mais quelles seraient la cause et la chronologie de la migration ? Une idée postule que les Jupiters chauds commencent leur voyage au début de l’histoire du système planétaire alors que l’étoile est toujours entourée par le disque de gaz et de poussière à partir duquel elle et la planète se sont formées. Dans ce scénario, la gravité du disque interagissant avec la masse de la planète pourrait interrompre l’orbite de la géante gazeuse et la faire migrer vers l’intérieur.

La troisième hypothèse maintient que les Jupiters chauds se rapprochent de leur étoile plus tard, lorsque la gravité d’autres planètes autour de l’étoile peut entraîner la migration. Le fait que HIP 67522 b soit déjà si proche de son étoile si tôt après sa formation indique que cette troisième hypothèse ne s’applique probablement pas dans ce cas. Mais un jeune Jupiter chaud ne suffit pas pour régler le débat sur la façon dont ils se forment tous.

Sources : The Astronomical Journal