Une planète gonflée par son étoile hôte. En haut à gauche :Schéma du système K2-132 sur la séquence principale. En bas à gauche :Schéma du système K2-132 maintenant. L'étoile hôte est devenue plus rouge et plus grande, irradiant davantage la planète et provoquant ainsi son expansion. Tailles non à l'échelle. Panneau principal :la planète géante gazeuse K2-132b s'agrandit à mesure que son étoile hôte se transforme en géante rouge. L'énergie de l'étoile hôte est transférée de la surface de la planète à son intérieur profond, provoquant des turbulences et un mélange profond dans l'atmosphère planétaire. La planète orbite autour de son étoile tous les 9 jours et se situe à environ 2000 années-lumière de nous dans la constellation de la Vierge. Crédit :Karen Teramura, Euh SiA
Depuis que les astronomes ont mesuré pour la première fois la taille d'une planète extrasolaire il y a dix-sept ans, ils ont eu du mal à répondre à la question :comment les plus grandes planètes sont-elles devenues si grandes ? Grâce à la récente découverte de planètes jumelles par une équipe de l'Institut d'astronomie de l'Université d'Hawaï dirigée par l'étudiant diplômé Samuel Grunblatt, nous nous rapprochons d'une réponse.
Les planètes géantes gazeuses sont principalement constituées d'hydrogène et d'hélium, et sont au moins 4 fois le diamètre de la Terre. Les planètes géantes gazeuses qui orbitent très près de leurs étoiles hôtes sont connues sous le nom de « Jupiters chauds ». Ces planètes ont des masses similaires à Jupiter et Saturne, mais ont tendance à être beaucoup plus grandes - certaines sont gonflées jusqu'à des tailles encore plus grandes que les plus petites étoiles.
Les tailles inhabituellement grandes de ces planètes sont probablement liées à la chaleur entrant et sortant de leur atmosphère, et plusieurs théories ont été développées pour expliquer ce processus. "Toutefois, puisque nous n'avons pas des millions d'années pour voir comment un système planétaire particulier évolue, les théories de l'inflation planétaire ont été difficiles à prouver ou à réfuter, " dit Grunblatt.
Pour résoudre ce problème, Grunblatt a effectué des recherches dans les données collectées par la mission K2 de la NASA pour rechercher des Jupiters chauds en orbite autour d'étoiles géantes rouges. Ces étoiles, qui sont en fin de vie, deviennent eux-mêmes significativement plus grands au cours de la vie de leur planète compagne. Suite à une théorie avancée par Eric Lopez du Goddard Space Flight Center de la NASA, Les Jupiters chauds en orbite autour des étoiles géantes rouges devraient être fortement gonflés si l'apport direct d'énergie de l'étoile hôte est le processus dominant de gonflage des planètes.
La recherche a maintenant révélé deux planètes, chacun en orbite autour de son étoile hôte avec une période d'environ 9 jours. En utilisant les oscillations stellaires pour calculer avec précision les rayons des étoiles et des planètes, l'équipe a découvert que les planètes sont 30% plus grosses que Jupiter. Les observations à l'aide de l'observatoire W. M. Keck de Maunakea ont également montré que, malgré leurs grandes tailles, les planètes n'étaient que deux fois moins massives que Jupiter. Remarquablement, les deux planètes sont proches de jumelles en termes de périodes orbitales, rayons, et des masses.
Utiliser des modèles pour suivre l'évolution des planètes et de leurs étoiles dans le temps, l'équipe a calculé l'efficacité des planètes à absorber la chaleur de l'étoile et à la transférer vers leurs intérieurs profonds, provoquant une augmentation de la taille de la planète entière et une diminution de la densité. Leurs découvertes montrent que ces planètes avaient probablement besoin du rayonnement accru de la géante rouge pour se gonfler, mais la quantité de rayonnement absorbée était également plus faible que prévu.
Il est risqué de tenter de tirer des conclusions solides avec seulement deux exemples. Mais ces résultats commencent à écarter certaines explications de l'inflation de la planète, et sont cohérents avec un scénario où les planètes sont directement gonflées par la chaleur de leurs étoiles hôtes. Les preuves scientifiques de plus en plus nombreuses semblent suggérer que le rayonnement stellaire à lui seul peut modifier directement la taille et la densité d'une planète.
Notre propre Soleil finira par devenir une étoile géante rouge, il est donc important de quantifier l'effet que son évolution aura sur le reste du système solaire. "Étudier comment l'évolution stellaire affecte les planètes est une nouvelle frontière, aussi bien dans d'autres systèmes solaires que dans le nôtre, " a déclaré Grunblatt. " Avec une meilleure idée de la façon dont les planètes réagissent à ces changements, nous pouvons commencer à déterminer comment l'évolution du Soleil affectera l'atmosphère, océans, et la vie ici sur Terre."
La recherche de planètes géantes gazeuses autour des étoiles géantes rouges se poursuit car des systèmes supplémentaires pourraient faire la distinction de manière concluante entre les scénarios d'inflation planétaire. Grunblatt et son équipe ont obtenu du temps avec le télescope spatial Spitzer de la NASA pour mesurer plus précisément la taille de ces planètes jumelles. En outre, la recherche de planètes autour des géantes rouges avec la mission NASA K2 se poursuivra pendant au moins un an, et le Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) de la NASA, lancement en 2018, observera des centaines de milliers de géantes rouges dans tout le ciel.
"Seeing double with K2:Testing re-inflation with two remarquablely similar planets orbiting red Giant stars" a été publié dans l'édition du 27 novembre de The Journal astronomique .
