Nommée TOI 5205b, la géante gazeuse de la taille de Neptune suit une trajectoire extrêmement excentrique autour d'une étoile semblable au Soleil, se balançant d'une distance de 60 millions de miles (100 millions de km) à 200 millions de miles (320 millions de km) tous les 111 jours.
Cette orbite très allongée et la masse relativement faible de la planète (environ 38 masses terrestres) aident les astronomes à faire la lumière sur la période mal comprise de l'adolescence dans la vie des géantes gazeuses. En particulier, l'étrange orbite de TOI 5205b laisse entendre que la formation de la planète a été interrompue, peut-être par une rencontre avec une autre planète géante de son système, qui a dispersé le noyau rocheux en croissance de la planète et perturbé l'accumulation de gaz de son disque natal.
"C'est l'une des planètes géantes les plus extrêmes que nous ayons vues jusqu'à présent", a déclaré l'astronome Jessica Libby-Roberts de l'Université du Texas à Austin, auteur principal de l'étude publiée dans The Astrophysical Journal Letters.
"C'est un objet très difficile à intégrer dans nos modèles actuels sur la formation et l'évolution des géantes gazeuses."
Comme son nom l'indique, la mission Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) a initialement détecté TOI 5205b en 2021. En examinant les courbes de lumière de ce chasseur spatial de petites baisses de luminosité d'une étoile causées par des exoplanètes en orbite, Libby-Roberts a remarqué que la planète les transits étaient trop courts et étrangement espacés compte tenu de la période orbitale estimée du système.
"Dans l'alerte TESS que nous avons reçue, il était indiqué que la période était d'environ 20 jours ou quelque chose comme ça, et tout de suite, cela ne semblait pas correct rien qu'en regardant les courbes de lumière", a déclaré Libby-Roberts. "Ils semblaient beaucoup plus cohérents avec une période d'environ 111 jours, donc cela m'a enthousiasmé."
Des observations de suivi au sol recueillies par Libby-Roberts et ses collègues à l'aide de spectrographes à haute résolution, qui étudient l'absorption et l'émission de lumière d'un objet, ont confirmé la véritable période orbitale du système. Ces mesures ont également affiné la masse de la planète, ce qui est important pour comprendre sa densité, ainsi que d'autres indices sur le chemin évolutif de TOI 5205b.
Les théories actuelles suggèrent que les planètes gazeuses géantes comme Jupiter ou Saturne se forment à partir d’accumulations de glace, de poussière et de molécules organiques dans les parties froides d’un disque protoplanétaire – le plateau rotatif de matière qui entoure une jeune étoile et à partir duquel naissent les planètes.
Une fois que le noyau solide atteint environ 10 fois la masse de la Terre, il devient suffisamment massif pour attirer une enveloppe gonflée de gaz de son environnement. Plus l’enveloppe gazeuse devient massive, plus elle attire de gaz par attraction gravitationnelle. C’est ce processus incontrôlable qui permet à certaines planètes de devenir des géantes.
L'âge estimé de TOI 5205b étant d'environ 100 millions d'années, il offre aux scientifiques l'opportunité d'étudier directement ce processus « d'accrétion incontrôlée de gaz » et de sonder les conditions de l'adolescence d'une planète géante.
Cependant, l'orbite étrange du TOI 5205b pose un défi aux scénarios simples d'accrétion du noyau, qui prédisent des orbites douces, presque circulaires. Les astronomes pensent que les rencontres entre planètes géantes pourraient être monnaie courante lors de la formation d’exoplanètes, influençant leur développement et modifiant leurs trajectoires orbitales. Dans le cas de TOI 5205b, les simulations suggèrent que la planète a probablement commencé sur une orbite assez circulaire mais a connu une rencontre rapprochée avec une autre planète géante du système il y a environ 10 millions d'années.
Cette interaction gravitationnelle a considérablement dispersé le noyau rocheux de TOI 5205b et perturbé l'accumulation de gaz lisse de la planète, entraînant sa masse plus faible et son orbite excentrique.
"J'ai tellement réfléchi à ce système et j'ai tellement d'autres questions", a déclaré Libby-Roberts. "J'attends vraiment avec impatience les études futures pour mieux comprendre la dynamique et l'histoire du système et comment il s'est retrouvé avec cette orbite très excentrique."
Libby-Roberts et ses collègues prévoient de rechercher des planètes supplémentaires dans le système et d'observer TOI 5205b dans d'autres longueurs d'onde, telles que l'infrarouge, pour mieux comprendre l'atmosphère de la planète, sa composition et la quantité de lumière stellaire qu'elle reflète.
