Les astronomes ont découvert une nouvelle exoplanète qui pourrait modifier la théorie actuelle de la formation des planètes. Avec une masse comprise entre celle de Neptune et celle de Saturne, et son emplacement au-delà de la "ligne de neige" de son étoile hôte, un monde extraterrestre de cette envergure était censé être rare.

Aparna Bhattacharya, chercheur postdoctoral de l'Université du Maryland et du Goddard Space Flight Center (GSFC) de la NASA, a dirigé l'équipe qui a fait la découverte, qui a été annoncé aujourd'hui lors d'une conférence de presse lors de la 233e réunion de l'American Astronomical Society à Seattle.

En utilisant la caméra proche infrarouge, instrument de deuxième génération (NIRC2) sur le télescope Keck II de 10 mètres de l'observatoire W. M. Keck de Maunakea, Hawaii et l'instrument Wide Field Camera 3 (WFC3) sur le télescope spatial Hubble, les chercheurs ont pris simultanément des images haute résolution de l'exoplanète, nommé OGLE-2012-BLG-0950Lb, leur permettant de déterminer sa masse.

"Nous avons été surpris de voir la masse sortir en plein milieu de l'écart de masse prévu pour la planète géante intermédiaire, " a déclaré Bhattacharya. "C'est comme trouver une oasis au milieu du désert d'exoplanètes!"

« J'ai été très satisfait de la rapidité avec laquelle Aparna a terminé l'analyse, " a déclaré le co-auteur David Bennett, chercheur principal à l'Université du Maryland et au GSFC. "Elle a dû développer de nouvelles méthodes pour analyser ces données, un type d'analyse qui n'avait jamais été fait auparavant."

Dans un timing étrange des événements, une autre équipe d'astronomes (qui comprenait Bhattacharya et Bennett) a publié une analyse statistique presque en même temps montrant que de telles planètes de masse sub-saturne ne sont pas rares après tout.

« Nous venions de terminer l'analyse lorsque les mesures de masse de l'OGLE-2012-BLG-0950Lb sont arrivées, " a déclaré l'auteur principal Daisuke Suzuki de l'Institut japonais des sciences spatiales et astronautiques. " Cette planète a confirmé notre interprétation de l'étude statistique. "

Les résultats des équipes sur OGLE-2012-BLG-0950Lb sont publiés dans le numéro de décembre de The Journal astronomique et l'étude statistique a été publiée dans le numéro du 20 décembre de la Lettres de revues astrophysiques .

OGLE-2012-BLG-0950Lb faisait partie des planètes sub-saturnes de l'étude statistique ; tous ont été détectés par microlentille, la seule méthode actuellement suffisamment sensible pour détecter des planètes avec une masse inférieure à celle de Saturne sur des orbites semblables à celles de Jupiter.

La microlentille tire parti d'une conséquence de la théorie de la relativité générale d'Einstein :la courbure et le grossissement de la lumière près d'un objet massif comme une étoile, produire une lentille naturelle sur le ciel. Dans le cas de OGLE-2012-BLG-0950Lb, la lumière d'une étoile d'arrière-plan éloignée a été amplifiée par OGLE-2012-BLG-0950L (l'étoile hôte de l'exoplanète) au cours de deux mois alors qu'elle passait près d'un alignement parfait dans le ciel avec l'étoile d'arrière-plan.

En analysant soigneusement la lumière pendant l'alignement, une gradation inattendue d'une durée d'environ une journée a été observée, révélant la présence d'OGLE-2012-BLG-0950Lb via sa propre influence sur le verre.

Méthodologie

OGLE-2012-BLG-0950Lb a été détecté pour la première fois par les télescopes d'étude de microlentilles de l'expérience de lentille gravitationnelle optique (OGLE) et les collaborations d'observations de microlentille en astrophysique (MOA).

L'équipe de Bhattacharya a ensuite effectué des observations de suivi à l'aide du puissant système d'optique adaptative de l'observatoire Keck en combinaison avec NIRC2.

"Les observations de Keck nous ont permis de déterminer que la planète de taille sub-Saturne ou super-Neptune a une masse de 39 fois celle de la Terre, et que son étoile hôte a 0,58 fois la masse du Soleil, " dit Bennett. " Ils ont mesuré la séparation du système planétaire de premier plan de l'étoile de fond. Cela nous a permis de déterminer la géométrie complète de l'événement de microlentille. Sans ces données, nous ne connaissions que le rapport de masse étoile-planète, pas les masses individuelles.

Pour l'étude statistique, L'équipe de Suzuki et le MOA ont analysé les propriétés de 30 planètes sub-saturnes trouvées par microlentille et les ont comparées aux prédictions de la théorie de l'accrétion du noyau.

Remise en cause de la théorie

Ce qui est unique à propos de la méthode de microlentille est sa sensibilité aux planètes sub-saturnes comme OGLE-2012-BLG-0950Lb qui orbitent au-delà de la "ligne de neige" de leurs étoiles hôtes.

La ligne de neige, ou ligne de gel, est la distance dans un jeune système solaire, (alias un disque protoplanétaire) au niveau duquel il fait suffisamment froid pour que l'eau se condense en glace. Au niveau et au-delà de la ligne des neiges, il y a une augmentation spectaculaire de la quantité de matière solide nécessaire à la formation de la planète. Selon la théorie de l'accrétion centrale, on pense que les solides s'accumulent dans les noyaux planétaires d'abord par des processus chimiques puis gravitationnels.

« Un processus clé de la théorie de l'accrétion de base est appelé « l'accrétion de gaz d'emballement, " a déclaré Bennett. " On pense que les planètes géantes commencent leur processus de formation en collectant une masse de noyau d'environ 10 fois la masse de la Terre dans la roche et la glace. À ce stade, une lente accrétion d'hydrogène et d'hélium gazeux commence jusqu'à ce que la masse ait doublé. Puis, l'accrétion d'hydrogène et d'hélium devrait s'accélérer de façon exponentielle dans ce processus d'accrétion de gaz incontrôlable. Ce processus s'arrête lorsque l'alimentation est épuisée. Si l'approvisionnement en gaz est interrompu avant l'arrêt de l'accrétion incontrôlée, nous obtenons des planètes "Jupiter ratées" avec des masses de 10 à 20 masses terrestres (comme Neptune)."

Le scénario d'accrétion de gaz d'emballement de la théorie de l'accrétion de noyau prédit que des planètes comme OGLE-2012-BLG-0950Lb devraient être rares. A 39 fois la masse de la Terre, on pense que les planètes de cette taille continuent à travers une phase de croissance rapide, se terminant par une planète beaucoup plus massive. Ce nouveau résultat suggère que le scénario d'emballement de la croissance pourrait avoir besoin d'être révisé.

L'équipe de Suzuki a comparé la distribution des rapports de masse planète-étoile trouvés par microlentille aux distributions prédites par la théorie de l'accrétion du noyau.

Ils ont découvert que le processus d'accrétion de gaz de la théorie de l'accrétion de base prédit environ 10 fois moins de planètes géantes de masse intermédiaire comme OGLE-2012-BLG-0950Lb que ce qui est observé dans les résultats de la microlentille.

Cet écart implique que la formation de géantes gazeuses peut impliquer des processus qui ont été négligés par les modèles d'accrétion de noyau existants, ou que l'environnement de formation de la planète varie considérablement en fonction de la masse de l'étoile hôte.

Prochaines étapes

Cette découverte n'a pas seulement remis en cause une théorie établie, it was made using a new technique that will be a key part of NASA's next big planet finding mission, the Wide Field Infra-Red Survey Telescope (WFIRST), which is scheduled to launch into orbit in the mid-2020s.

"This is exactly the method that WFIRST will use to measure the masses of the planets that it discovers with its exoplanet microlensing survey. Until WFIRST comes online, we need to develop this method with observations from our Keck Key Strategic Mission Support (KSMS) program as well as observations from Hubble, " said Bennett.

"It's very exciting to see Keck and Hubble combine forces to provide this surprising new result, " said Keck Observatory Chief Scientist John O'Meara. "And it's equally exciting to know that we can make these kind of advances today to help facilitate the best science from WFIRST and Keck's partnership in the future."

The NASA Keck KSMS program will continue to make follow-up observations of microlensing events detected by telescopes on the ground and in space.