Il n'y a pas de carte montrant tous les milliards d'exoplanètes qui se cachent dans notre galaxie - elles sont si lointaines et faibles par rapport à leurs étoiles, il est difficile de les trouver. Maintenant, les astronomes à la recherche de nouveaux mondes ont établi un poteau indicateur possible pour les exoplanètes géantes.

Une nouvelle étude révèle que les exoplanètes géantes qui orbitent loin de leurs étoiles sont plus susceptibles de se trouver autour de jeunes étoiles qui ont un disque de poussière et de débris que celles sans disques. L'étude, publié dans Le Journal astronomique , concentré sur des planètes plus de cinq fois la masse de Jupiter. Cette étude est la plus grande à ce jour d'étoiles avec des disques de débris poussiéreux, et a trouvé la meilleure preuve à ce jour que les planètes géantes sont responsables de garder ce matériau sous contrôle.

"Nos recherches sont importantes pour savoir comment les futures missions planifieront les étoiles à observer, " a déclaré Tiffany Meshkat, auteur principal et chercheur adjoint à l'IPAC/Caltech à Pasadena, Californie. Meshkat a travaillé sur cette étude en tant que chercheur postdoctoral au Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena. "De nombreuses planètes découvertes par imagerie directe se trouvaient dans des systèmes dotés de disques de débris, et maintenant nous savons que la poussière pourrait être des indicateurs de mondes non découverts."

Les astronomes ont découvert que la probabilité de trouver des planètes géantes à longue période est neuf fois plus grande pour les étoiles avec des disques de débris que pour les étoiles sans disques. L'étudiante diplômée de Caltech, Marta Bryan, a effectué l'analyse statistique qui a déterminé ce résultat.

Les chercheurs ont combiné les données de 130 systèmes à une seule étoile avec des disques de débris détectés par le télescope spatial Spitzer de la NASA, et les a comparés à 277 étoiles qui ne semblent pas héberger de disques. Les deux groupes d'étoiles avaient entre quelques millions et 1 milliard d'années. Sur les 130 étoiles, 100 ont déjà été scannés à la recherche d'exoplanètes. Dans le cadre de cette étude, les chercheurs ont suivi les 30 autres en utilisant l'observatoire W. M. Keck à Hawaï et le très grand télescope de l'Observatoire européen austral au Chili. Ils n'ont détecté aucune nouvelle planète dans ces 30 systèmes, mais les données supplémentaires ont aidé à caractériser l'abondance des planètes dans les systèmes à disques.

La recherche ne résout pas directement pourquoi les exoplanètes géantes provoqueraient la formation de disques de débris. Les auteurs de l'étude suggèrent que la gravité massive des planètes géantes provoque la collision violente de petits corps appelés planétésimaux, plutôt que de former de véritables planètes, et rester en orbite dans le cadre d'un disque.

"Il est possible que nous ne trouvions pas de petites planètes dans ces systèmes parce que, tôt, ces corps massifs ont détruit les éléments constitutifs des planètes rocheuses, en les envoyant s'écraser les uns contre les autres à grande vitesse au lieu de se combiner doucement, " a déclaré le co-auteur Dimitri Mawet, un professeur agrégé d'astronomie au Caltech et un chercheur principal au JPL.

D'autre part, les exoplanètes géantes sont plus faciles à détecter que les planètes rocheuses, et il est possible qu'il y en ait dans ces systèmes qui n'aient pas encore été trouvés.

Notre propre système solaire abrite des géantes gazeuses responsables de la fabrication de « ceintures de débris » – la ceinture d'astéroïdes entre Mars et Jupiter, façonné par Jupiter, et la ceinture de Kuiper, façonné par Neptune. Bon nombre des systèmes étudiés par Meshkat et Mawet ont également deux courroies, mais ils sont aussi beaucoup plus jeunes que les nôtres - jusqu'à 1 milliard d'années, par rapport à l'âge actuel de notre système de 4,5 milliards d'années. La jeunesse de ces systèmes explique en partie pourquoi ils contiennent beaucoup plus de poussières, résultant des collisions de petits corps, que les nôtres.

Un système discuté dans l'étude est Beta Pictoris, qui a été directement imagé à partir de télescopes au sol. Ce système a un disque de débris, comètes et une exoplanète confirmée. En réalité, les scientifiques ont prédit l'existence de cette planète bien avant qu'elle ne soit confirmée, basé sur la présence et la structure du disque proéminent.

Dans un scénario différent, la présence de deux ceintures de poussière dans un seul disque de débris suggère qu'il y a probablement plus de planètes dans le système dont la gravité maintient ces ceintures, comme c'est le cas dans le système HR8799 de quatre planètes géantes. Les forces gravitationnelles des planètes géantes poussent les comètes passantes vers l'étoile, qui pourrait imiter la période de l'histoire de notre système solaire il y a environ 4 milliards d'années connue sous le nom de Late Heavy Bombardment. Les scientifiques pensent qu'au cours de cette période, la migration de Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune ont dévié de la poussière et de petits corps dans les ceintures de Kuiper et d'astéroïdes que nous voyons aujourd'hui. Quand le Soleil était jeune, il y aurait aussi eu beaucoup plus de poussière dans notre système solaire.

"En montrant aux astronomes où les futures missions telles que le télescope spatial James Webb de la NASA ont leurs meilleures chances de trouver des exoplanètes géantes, cette recherche ouvre la voie à de futures découvertes, " a déclaré Karl Stapelfeldt de JPL, scientifique en chef du bureau du programme d'exploration des exoplanètes de la NASA et co-auteur de l'étude.