Cette vue d'artiste montre la vue de la planète dans le système TOI-178 trouvé en orbite la plus éloignée de l'étoile. Nouvelles recherches d'Adrien Leleu et de ses collègues avec plusieurs télescopes, dont le Très Grand Télescope de l'ESO, a révélé que le système compte six exoplanètes et que toutes sauf la plus proche de l'étoile sont verrouillées à un rythme rare lorsqu'elles se déplacent sur leurs orbites. Mais tandis que le mouvement orbital dans ce système est en harmonie, les propriétés physiques des planètes sont plus désordonnées, avec d'importantes variations de densité d'une planète à l'autre. Ce contraste remet en question la compréhension des astronomes sur la façon dont les planètes se forment et évoluent. L'impression de cet artiste est basée sur les paramètres physiques connus pour les planètes et l'étoile vue, et utilise une vaste base de données d'objets dans l'Univers. Crédit :ESO/L. Calçada/spaceengine.org
En utilisant une combinaison de télescopes, dont le Very Large Telescope de l'Observatoire européen austral (VLT de l'ESO), les astronomes ont révélé un système composé de six exoplanètes, dont cinq sont enfermés dans un rythme rare autour de leur étoile centrale. Les chercheurs pensent que le système pourrait fournir des indices importants sur la façon dont les planètes, y compris ceux du système solaire, se former et évoluer.
La première fois que l'équipe a observé TOI-178, une étoile à quelque 200 années-lumière de la constellation du Sculpteur, ils pensaient avoir repéré deux planètes en faisant le tour sur la même orbite. Cependant, un examen plus attentif a révélé quelque chose de complètement 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 d'elle, mais plutôt de multiples planètes dans une configuration très particulière, " dit Adrien Leleu de l'Université de Genève et de l'Université de Berne, La Suisse, qui a dirigé une nouvelle étude du système publiée aujourd'hui dans Astronomie &Astrophysique .
La nouvelle recherche a révélé que le système compte six exoplanètes et que toutes sauf 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 motifs qui se répètent lorsque les planètes tournent autour de l'étoile, avec quelques planètes s'alignant toutes les quelques orbites. Une résonance similaire est observée dans les orbites de trois des lunes de Jupiter :Io, Europe et Ganymède. oh, le plus proche des trois à Jupiter, complète quatre orbites complètes autour de Jupiter pour chaque orbite que Ganymède, le plus éloigné, fait du, et deux orbites complètes pour chaque orbite que fait Europa.
Les cinq exoplanètes extérieures du système TOI-178 suivent une chaîne de résonance beaucoup plus complexe, l'un des plus longs jamais découverts dans un système de planètes. Alors que les trois lunes de Jupiter sont en 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 de la chaîne de résonance) effectue 18 orbites, la troisième planète de l'étoile (deuxième de la chaîne) effectue 9 orbites, etc. En réalité, 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 la prochaine fois qu'ils auraient une fenêtre pour observer le système.
Plus qu'une simple curiosité orbitale, cette danse des 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 fortement perturbé plus tôt dans sa vie, par exemple par un impact géant, cette fragile configuration d'orbites n'aurait pas survécu.
Ce graphique montre une représentation du système planétaire TOI-178, qui a été révélé par l'observateur d'exoplanètes de l'ESA CHEOPS. Le système se compose de six exoplanètes, cinq d'entre eux sont enfermés dans une danse rythmique rare en orbite autour de leur étoile centrale. Les deux planètes intérieures ont des densités terrestres (comme la Terre) et les quatre planètes extérieures sont gazeuses (avec des densités comme Neptune et Jupiter). Les cinq planètes extérieures suivent une danse rythmée alors qu'elles se déplacent sur leurs orbites. Ce phénomène est appelé résonance orbitale, et cela signifie qu'il y a des motifs qui se répètent lorsque les planètes tournent autour de l'étoile, avec quelques planètes s'alignant toutes les quelques orbites. Alors que les planètes du système TOI-178 orbitent autour de leur étoile de manière très ordonnée, leurs densités ne suivent aucun schéma particulier. L'une des exoplanètes, un dense, planète terrestre comme la Terre est juste à côté d'une planète de taille similaire mais très pelucheuse - comme un mini-Jupiter, et à côté de cela, il y en a un très similaire à Neptune. Les astronomes ne s'attendaient pas à trouver cette disposition dans un système planétaire, et cette découverte remet en question les théories actuelles de la formation des planètes. Dans ce graphique, les tailles relatives des planètes sont à l'échelle, mais pas les distances et la taille de l'étoile. Crédit :ESA
Trouble du système rythmique
Mais même si la disposition des orbites est soignée et bien ordonnée, les densités des planètes "sont beaucoup plus désordonnées, " dit Nathan Hara de l'Université de Genève, La 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, suivi 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 rangées, avec le rocailleux, planètes plus denses plus proches de l'étoile centrale et du duveteux, planètes gazeuses à faible densité plus loin.
"Ce contraste entre l'harmonie rythmique du mouvement orbital et les densités désordonnées défie certainement 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. Comme 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 - en observant le 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 orbitent leur étoile centrale beaucoup plus près et beaucoup plus vite que la Terre orbite autour du Soleil. La plus rapide (la planète la plus intérieure) termine une orbite en quelques jours seulement, tandis que le plus lent 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 ils sont beaucoup plus petits - ils sont surnommés les Mini-Neptunes.
Bien qu'aucune des six exoplanètes trouvées ne se trouve dans la zone habitable de l'étoile, les chercheurs suggèrent que, en continuant la chaîne de résonance, ils pourraient trouver des planètes supplémentaires qui pourraient exister dans ou très près de cette zone. Le télescope extrêmement grand (ELT) de l'ESO, qui devrait commencer à fonctionner cette décennie, pourra directement imager des exoplanètes rocheuses dans la zone habitable d'une étoile et même caractériser leurs atmosphères, présentant une opportunité de connaître des systèmes comme TOI-178 de manière encore plus détaillée.
