Une analyse surprenante de la composition des exoplanètes géantes gazeuses et de leurs étoiles hôtes montre qu'il n'y a pas de forte corrélation entre leurs compositions lorsqu'il s'agit d'éléments plus lourds que l'hydrogène et l'hélium, selon de nouveaux travaux dirigés par Johanna Teske de Carnegie et publiés dans le Journal astronomique . Cette découverte a des implications importantes pour notre compréhension du processus de formation planétaire.

Dans leur jeunesse, les étoiles sont entourées d'un disque rotatif de gaz et de poussière à partir duquel naissent les planètes. Les astronomes se demandent depuis longtemps dans quelle mesure la composition d'une étoile détermine la matière première à partir de laquelle les planètes sont construites – une question qui est plus facile à sonder maintenant que nous savons que la galaxie regorge d'exoplanètes.

"Comprendre la relation entre la composition chimique d'une étoile et de ses planètes pourrait aider à faire la lumière sur le processus de formation planétaire, " expliqua Teske.

Par exemple, des recherches antérieures ont indiqué que la présence de planètes géantes gazeuses augmente autour des étoiles avec une concentration plus élevée d'éléments lourds, ces éléments autres que l'hydrogène et l'hélium. On pense que cela fournit des preuves de l'une des principales théories concurrentes sur la formation des planètes, qui propose que les planètes géantes gazeuses soient construites à partir de la lente accrétion de matériau de disque jusqu'à ce qu'un noyau d'environ 10 fois la masse de la Terre soit formé. À ce point, l'intérieur solide du bébé planétaire est capable de s'entourer d'hélium et d'hydrogène gazeux, donner naissance à une planète géante mature.

"Les travaux précédents ont examiné la relation entre la présence de planètes et la quantité de fer existant dans l'étoile hôte, mais nous voulions étendre cela pour inclure le contenu en éléments lourds des planètes elles-mêmes, et de regarder plus que du fer, " a expliqué le co-auteur Daniel Thorngren, qui a effectué une grande partie du travail en tant qu'étudiant diplômé à l'UC Santa Cruz et est maintenant à l'Université de Montréal.

Teske, Thorngren et leurs collègues—Jonathan Fortney de l'UC Santa Cruz, Natalie Hinkel du Southwest Research Institute, et John Brewer de l'Université d'État de San Francisco—ont comparé la teneur en éléments lourds en vrac de 24 cool, planètes géantes gazeuses aux abondances de carbone « éléments formant des planètes », oxygène, magnésium, silicium, fer à repasser, et du nickel dans leurs 19 étoiles hôtes. (Certaines étoiles hébergent plusieurs planètes.)

Ils ont été surpris de constater qu'il n'y avait aucune corrélation entre la quantité d'éléments lourds dans ces planètes géantes et la quantité de ces éléments formant des planètes dans leurs étoiles hôtes. Alors, comment les astronomes peuvent-ils expliquer la tendance établie selon laquelle les étoiles riches en éléments lourds sont plus probables héberger des planètes géantes gazeuses ?

"Démêler cet écart pourrait révéler de nouveaux détails sur le processus de formation de la planète, " expliqua Fortney. " Par exemple, quels autres facteurs contribuent à la composition d'une planète bébé à mesure qu'elle se forme ? Peut-être son emplacement sur le disque et à quelle distance il se trouve des voisins. Davantage de travail est nécessaire pour répondre à ces questions cruciales."

Un indice peut provenir des résultats combinés des auteurs regroupant les éléments lourds en groupes qui reflètent leurs caractéristiques. Les auteurs ont vu une tentative de corrélation entre les éléments lourds d'une planète et l'abondance relative de carbone et d'oxygène de son étoile hôte, appelés éléments volatils, par rapport au reste des éléments inclus dans cette étude, qui entrent dans le groupe appelé éléments réfractaires. Ces termes font référence aux points d'ébullition bas - volatilité - ou à leurs points de fusion élevés - dans le cas des éléments réfractaires. Les éléments volatils peuvent représenter une composition planétaire riche en glace, alors que les éléments réfractaires peuvent indiquer une composition rocheuse.

Teske a déclaré:"Je suis ravi d'explorer plus avant ce résultat provisoire, et j'espère ajouter plus d'informations à notre compréhension des relations entre les compositions stellaires et planétaires des missions à venir comme le télescope spatial James Webb de la NASA, qui sera capable de mesurer des éléments dans les atmosphères des exoplanètes."