Un lien de composition entre les planètes et leur étoile hôte respective a longtemps été supposé en astronomie. Pour la première fois maintenant, une équipe de scientifiques fournit des preuves empiriques pour étayer l'hypothèse et la contredire en partie en même temps.

Les étoiles et les planètes sont formées à partir du même gaz et de la même poussière cosmiques. Au cours du processus de formation, une partie de la matière se condense et forme des planètes rocheuses, le reste est soit accumulé par l'étoile, soit fait partie des planètes gazeuses. L'hypothèse d'un lien entre la composition des étoiles et de leurs planètes est donc raisonnable et se confirme, par exemple, dans le système solaire par la plupart des planètes rocheuses (Mercure étant l'exception). Néanmoins, hypothèses, surtout en astrophysique, ne s'avèrent pas toujours vrais. Une étude menée par l'Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA) au Portugal, qui implique également des chercheurs du PRN PlanetS de l'Université de Berne et de l'Université de Zürich, publié aujourd'hui dans la revue Science , fournit la première preuve empirique de cette hypothèse — et en même temps la contredit partiellement.

Étoile condensée contre planète rocheuse

Pour déterminer si les compositions des étoiles et de leurs planètes sont liées, l'équipe a comparé des mesures très précises des deux. Pour les étoiles, leur lumière émise a été mesurée, qui porte l'empreinte spectroscopique caractéristique de leur composition. La composition des planètes rocheuses a été déterminée indirectement :leur densité et leur composition étaient dérivées de leur masse et de leur rayon mesurés. Ce n'est que récemment que suffisamment de planètes ont été mesurées avec une telle précision que des enquêtes significatives de ce type sont possibles.

"Mais comme les étoiles et les planètes rocheuses sont de nature assez différente, la comparaison de leur composition n'est pas simple, " comme Christoph Mordasini, co-auteur de l'étude, professeur d'astrophysique à l'université de Berne et membre du PRN PlanetS commence à s'expliquer. "Au lieu, nous avons comparé la composition des planètes avec une théorie, version refroidie de leur étoile. Alors que la majeure partie de la matière de l'étoile, principalement de l'hydrogène et de l'hélium, reste sous forme de gaz lorsqu'elle se refroidit, une infime fraction se condense, constitué de matériaux rocheux tels que le fer et le silicate, " explique Christoph Mordasini.

A l'Université de Berne, le "Modèle de Berne de la formation et de l'évolution des planètes" est en constante évolution depuis 2003 (voir encadré). Christoph Mordasini dit que "des informations sur les multiples processus impliqués dans la formation et l'évolution des planètes sont intégrées dans le modèle". À l'aide de ce modèle de Berne, les chercheurs ont pu calculer la composition de ce matériau rocheux de l'étoile refroidie. "Nous avons ensuite comparé cela avec les planètes rocheuses, ", dit Christoph Mordasini.

Indications de l'habitabilité des planètes

"Nos résultats montrent que nos hypothèses concernant les compositions des étoiles et des planètes n'étaient pas fondamentalement fausses :la composition des planètes rocheuses est en effet intimement liée à la composition de leur étoile hôte. Cependant, la relation n'est pas aussi simple que prévu, " auteur principal de l'étude et chercheur à l'IA, Vardan Adibekyan, dit. Ce que les scientifiques attendaient, était que l'abondance de ces éléments dans l'étoile fixe la limite supérieure possible. "Pourtant, pour certaines planètes, l'abondance de fer dans la planète est encore plus élevée que dans l'étoile" comme Caroline Dorn, qui est co-auteur de l'étude et est membre du PRN PlanetS ainsi qu'Ambizione Fellow à l'Université de Zurich, explique. "Cela pourrait être dû à des impacts géants sur ces planètes qui brisent une partie de l'extérieur, matériaux plus légers, tandis que le noyau de fer dense reste, » selon le chercheur. Les résultats pourraient donc donner aux scientifiques des indices sur l'histoire des planètes.

"Les résultats de cette étude sont également très utiles pour contraindre les compositions planétaires qui sont supposées basées sur la densité calculée à partir des mesures de masse et de rayon, " explique Christoph Mordasini. " Puisque plus d'une composition peut correspondre à une certaine densité, les résultats de notre étude nous disent que nous pouvons réduire les compositions potentielles, en fonction de la composition de la star hôte, " dit Mordasini. Et puisque la composition exacte d'une planète influence, par exemple, la quantité de matières radioactives qu'il contient ou la force de son champ magnétique, il peut déterminer si la planète est favorable à la vie ou non.

"Modèle de Berne de la formation et de l'évolution des planètes"

Des déclarations peuvent être faites sur la façon dont une planète s'est formée et comment elle a évolué en utilisant le "Modèle de Berne de la formation et de l'évolution des planètes". Le modèle de Berne a été continuellement développé à l'Université de Berne depuis 2003. Des informations sur les multiples processus impliqués dans la formation et l'évolution des planètes sont intégrées dans le modèle. Ceux-ci sont, par exemple, des sous-modèles d'accrétion (croissance du noyau d'une planète) ou de la façon dont les planètes interagissent gravitationnellement et s'influencent mutuellement, et des processus dans les disques protoplanétaires dans lesquels les planètes se forment. Le modèle est également utilisé pour créer des synthèses de population, qui montrent quelles planètes se développent à quelle fréquence dans certaines conditions dans un disque protoplanétaire.