CI Tau b est une planète paradoxale, mais de nouvelles recherches sur sa masse, la luminosité et le monoxyde de carbone dans son atmosphère commencent à répondre aux questions sur la façon dont une planète si grande a pu se former autour d'une étoile qui n'a que 2 millions d'années.

Lors de la réunion d'aujourd'hui de l'American Astronomical Society, les astronomes Christopher Johns-Krull de l'Université Rice et Lisa Prato de l'Observatoire Lowell ont présenté les résultats d'une analyse spectroscopique dans le proche infrarouge de quatre ans de la lumière de CI Tau b, une exoplanète géante en orbite rapprochée, ou "Jupiter chaud, " sur une orbite de neuf jours autour de son étoile mère à environ 450 années-lumière de la Terre dans la constellation du Taureau.

"Ce qui est excitant, c'est que nous sommes capables de détecter la lumière directement de la planète, et c'est la première fois que l'on fait pour une planète proche autour d'une étoile aussi jeune, " dit Johns-Krull, professeur de physique et d'astronomie et co-auteur d'une étude qui devrait être publiée dans l'AAS Lettres de revues astrophysiques . "Le moyen le plus précieux d'apprendre comment les planètes se forment est d'étudier les planètes, comme CI Tau b, qui sont encore en formation ou qui viennent de se former."

Depuis des décennies, la plupart des astronomes pensaient que des planètes géantes comme Jupiter et Saturne se sont formées loin de leurs étoiles sur des périodes de 10 millions d'années ou plus. Mais la découverte de dizaines de « Jupiters chauds » a conduit à de nouveaux modèles théoriques qui décrivent comment de telles planètes pourraient se former.

Johns-Krull a déclaré que l'âge de CI Tau b en faisait le candidat idéal pour l'observation avec le spectrographe infrarouge à réseau d'immersion (IGRINS), un unique, instrument à haute résolution qui a été utilisé lors des observations de CI Tau b depuis le télescope Harlan J. Smith de 2,7 mètres de l'observatoire McDonald et le télescope Discovery Channel de 4,3 mètres de l'observatoire Lowell.

Parce que chaque élément atomique et molécule d'une étoile émet de la lumière à partir d'un ensemble unique de longueurs d'onde, les astronomes peuvent rechercher des signatures spécifiques, ou des raies spectrales, pour voir si un élément est présent dans une étoile ou des planètes lointaines. Les lignes spectrales peuvent également révéler la température et la densité d'une étoile et la vitesse à laquelle elle se déplace.

Prato a déclaré que l'équipe de recherche a utilisé les raies spectrales du monoxyde de carbone pour distinguer la lumière émise par la planète de la lumière émise par l'étoile voisine.

"Beaucoup de raies spectrales qui sont dans la planète sont aussi dans l'étoile, " dit Prato. " Si la planète et l'étoile étaient stationnaires, leurs raies spectrales se confondraient toutes, et nous ne serions pas capables de dire ce qui venait de l'étoile et ce qui venait de la planète. Mais parce que la planète tourne rapidement autour de l'étoile, ses lignes se déplacent d'avant en arrière de façon spectaculaire. Nous pouvons soustraire les lignes de l'étoile et ne voir que les lignes de la planète. Et de ceux-là, nous pouvons déterminer la luminosité de la planète, par rapport à l'étoile, qui nous dit quelque chose sur la façon dont il s'est formé.

C'est parce que la luminosité d'une étoile ou d'une planète dépend à la fois de sa taille et de sa température.

"Les preuves directes d'observation de la masse et de la luminosité de CI Tau b sont particulièrement utiles car nous savons aussi qu'elle orbite autour d'une très jeune étoile, " a déclaré Laura Flagg, étudiante au doctorat Rice, l'auteur principal de l'étude à venir. "La plupart des Jupiters chauds que nous avons trouvés sont en orbite autour d'étoiles d'âge moyen. L'âge de CI Tau impose une contrainte stricte pour tester les modèles :peuvent-ils produire une planète aussi brillante et aussi massive en si peu de temps ?"

L'analyse de Flagg des raies spectrales du monoxyde de carbone a montré que CI Tau b a une masse de 11,6 Jupiters et est environ 134 fois plus faible que son étoile mère. Prato a déclaré que cela fournit des preuves solides qu'il s'est formé via un "démarrage à chaud, " un modèle théorique qui décrit comment les instabilités gravitationnelles pourraient former des planètes géantes plus rapidement que les modèles traditionnels.

Prato a déclaré que la nouvelle étude fournit un critère empirique unique permettant de mesurer les théories concurrentes.

"A environ 2 millions d'années, CI Tau b est de loin le Jupiter chaud le plus jeune directement détecté, " a-t-elle dit. " Nous avons maintenant une masse et une luminosité pour cela - la seule masse et luminosité directement mesurées pour un jeune Jupiter chaud - et cela fournit des tests très solides pour les modèles de formation de planètes. "

IGRINS, qui a été conçu par le co-auteur de l'étude Daniel Jaffe de l'Université du Texas à Austin, utilise un réseau de diffraction à base de silicium pour améliorer à la fois la résolution et le nombre de bandes spectrales dans le proche infrarouge qui peuvent être observées à partir d'objets distants comme CI Tau b et son étoile mère. IGRINS a été déplacé de McDonald à Lowell au milieu de l'étude.

Les co-auteurs supplémentaires incluent Larissa Nofi et Joe Llama de l'observatoire Lowell, et Kendall Sullivan et Gregory Mace de l'UT Austin et de son observatoire McDonald.