En utilisant les données de plus de 500 jeunes étoiles observées avec l'Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA), les scientifiques ont découvert un lien direct entre les structures des disques protoplanétaires - les disques formant des planètes qui entourent les étoiles - et la démographie des planètes. L'enquête prouve que les étoiles de masse plus élevée sont plus susceptibles d'être entourées de disques avec des "espaces" et que ces espaces sont directement corrélés à la forte occurrence d'exoplanètes géantes observées autour de ces étoiles. Ces résultats offrent aux scientifiques une fenêtre dans le temps, leur permettant de prédire à quoi ressemblaient les systèmes exoplanétaires à chaque étape de leur formation.

"Nous avons trouvé une forte corrélation entre les lacunes dans les disques protoplanétaires et la masse stellaire, qui peut être lié à la présence de grandes, exoplanètes gazeuses, " a déclaré Nienke van der Marel, un boursier Banting au Département de physique et d'astronomie de l'Université de Victoria en Colombie-Britannique, et l'auteur principal de la recherche. "Les étoiles de masse supérieure ont relativement plus de disques avec des lacunes que les étoiles de masse inférieure, compatible avec les corrélations déjà connues dans les exoplanètes, où les étoiles de masse plus élevée hébergent plus souvent des exoplanètes géantes gazeuses. Ces corrélations nous indiquent directement que les lacunes dans les disques de formation de planètes sont très probablement causées par des planètes géantes de masse Neptune et supérieure. »

Les lacunes dans les disques protoplanétaires ont longtemps été considérées comme une preuve globale de la formation des planètes. Cependant, il y a eu un certain scepticisme en raison de la distance orbitale observée entre les exoplanètes et leurs étoiles. "L'une des principales raisons pour lesquelles les scientifiques ont été sceptiques sur le lien entre les lacunes et les planètes auparavant est que les exoplanètes sur des orbites larges de dizaines d'unités astronomiques sont rares. Cependant, exoplanètes sur des orbites plus petites, entre une et dix unités astronomiques, sont beaucoup plus fréquents, " a déclaré Gijs Mulders, professeur assistant d'astronomie à l'Université Adolfo Ibáñez de Santiago, Chili, et co-auteur de la recherche. "Nous pensons que les planètes qui effacent les lacunes migreront vers l'intérieur plus tard."

La nouvelle étude est la première à montrer que le nombre de disques écartés dans ces régions correspond au nombre d'exoplanètes géantes dans un système stellaire. "Des études précédentes ont indiqué qu'il y avait beaucoup plus de disques béants que d'exoplanètes géantes détectées, " a déclaré Mulders. "Notre étude montre qu'il y a suffisamment d'exoplanètes pour expliquer la fréquence observée des disques écartés à différentes masses stellaires."

La corrélation s'applique également aux systèmes stellaires avec des étoiles de faible masse, où les scientifiques sont plus susceptibles de trouver des exoplanètes rocheuses massives, également connu sous le nom de Super-Terres. Van der Marel, qui deviendra professeur assistant à l'Université de Leiden aux Pays-Bas à partir de septembre 2021 a déclaré :"Les étoiles de masse inférieure ont des Super-Terres plus rocheuses - entre une masse terrestre et une masse de Neptune. Disques sans lacunes, qui sont plus compacts, conduire à la formation des Super-Terres."

Ce lien entre la masse stellaire et la démographie planétaire pourrait aider les scientifiques à identifier les étoiles à cibler dans la recherche de planètes rocheuses dans toute la Voie lactée. "Cette nouvelle compréhension des dépendances de masse stellaire aidera à guider la recherche de petits, planètes rocheuses comme la Terre dans le voisinage solaire, " dit Mulders, qui fait également partie de l'équipe Alien Earths financée par la NASA. "Nous pouvons utiliser la masse stellaire pour connecter les disques formant des planètes autour des jeunes étoiles aux exoplanètes autour des étoiles matures. Lorsqu'une exoplanète est détectée, le matériau formant la planète a généralement disparu. La masse stellaire est donc une "étiquette" qui nous dit à quoi aurait pu ressembler l'environnement de formation des planètes pour ces exoplanètes."

Et tout se résume à la poussière. "Un élément important de la formation des planètes est l'influence de l'évolution de la poussière, " dit van der Marel. " Sans planètes géantes, la poussière dérivera toujours vers l'intérieur, créer les conditions optimales pour la formation de plus petits, planètes rocheuses proches de l'étoile."

La recherche actuelle a été menée à l'aide des données de plus de 500 objets observés dans des études antérieures à l'aide des antennes haute résolution de la bande 6 et de la bande 7 d'ALMA. Maintenant, ALMA est le seul télescope qui peut imager la distribution de la poussière millimétrique à une résolution angulaire suffisamment élevée pour résoudre les disques de poussière et révéler sa sous-structure, ou l'absence de. « Au cours des cinq dernières années, ALMA a produit de nombreux relevés instantanés des régions de formation d'étoiles voisines, résultant en des centaines de mesures de la masse de poussière du disque, Taille, et la morphologie, " a déclaré van der Marel. " Le grand nombre de propriétés de disque observées nous a permis de faire une comparaison statistique des disques protoplanétaires aux milliers d'exoplanètes découvertes. C'est la première fois qu'une dépendance à la masse stellaire des disques séparés et des disques compacts est démontrée avec succès à l'aide du télescope ALMA."

"Nos nouvelles découvertes relient les belles structures de lacunes dans les disques observées avec ALMA directement aux propriétés des milliers d'exoplanètes détectées par la mission Kepler de la NASA et d'autres relevés d'exoplanètes, ", a déclaré Mulders. "Les exoplanètes et leur formation nous aident à situer les origines de la Terre et du système solaire dans le contexte de ce que nous voyons se produire autour d'autres étoiles."