Les exoplanètes comme Neptune s’accumulent dans une région particulière proche de leurs étoiles

Une équipe internationale d’astronomes a découvert la « crête neptunienne », une nouvelle structure dans la répartition des exoplanètes. Cette découverte met en évidence les processus complexes qui se produisent dans le « désert neptunien » (une région où il y a une pénurie d’exoplanètes similaires à Neptune proches de leurs étoiles) et dans la « savane neptunienne » (une région plus éloignée dans laquelle ces planètes se trouvent plus fréquemment). . fréquence). Ces recherches fournissent des informations précieuses sur les processus dynamiques et atmosphériques qui dominent l’évolution des exoplanètes neptuniennes en orbites proches.

L’étude a été dirigée par le Centre d’Astrobiologie (CAB), une entité conjointe du Conseil Supérieur de la Recherche Scientifique (CSIC) et de l’Institut National de Technologie Aérospatiale (INTA), en Espagne, toutes ces institutions. Les universités de Genève en Suisse, de Warwick au Royaume-Uni, de Coimbra au Portugal et de Paris en France ont également collaboré.

Pour étudier la vaste population de systèmes exoplanétaires, les chercheurs analysent la répartition des planètes connues en fonction, par exemple, de leur rayon et de leur période orbitale. À mesure que le nombre de détections augmente, cette répartition révèle de nouveaux modèles et particularités que les astronomes tentent de comprendre et dont l’origine est étroitement liée aux processus de formation et d’évolution planétaires. L’une des régions les plus déroutantes est le « désert neptunien », une absence presque totale de planètes de la taille de Neptune en orbite proche d’autres étoiles. Cette pénurie d’exoneptunes chaudes serait le résultat d’un intense rayonnement stellaire, qui éroderait leurs atmosphères au point de les éliminer complètement, transformant ces planètes en sphères de fer et en roches de taille planétaire. Au-delà de ce désert inhospitalier se trouve la « savane neptunienne », une région située plus éloignée du rayonnement stellaire intense et où l’on trouve le plus fréquemment les planètes neptuniennes. Dans cette région, les conditions environnementales sont plus favorables et permettent aux planètes de conserver leurs enveloppes gazeuses d’origine pendant plusieurs millions d’années.

L’une des questions les plus pertinentes dans la recherche exoplanétaire est de découvrir comment et quand ces exoneptunes ont atteint les orbites proches dans lesquelles elles se trouvent aujourd’hui, puisque les théories de formation planétaire suggèrent que ces planètes géantes se sont formées à des distances bien plus grandes, au-delà du désert et de la savane. , sur des orbites similaires à celles de Jupiter et Saturne par rapport au Soleil.

Comprendre comment le désert et la savane ont été peuplés est donc devenu une question clé dans la recherche exoplanétaire.

Neptune, photographiée par la sonde spatiale Voyager 2 (Photo : NASA JPL)

La chaîne de montagnes exoneptunienne

La nouvelle étude se concentre sur la transition entre le désert et la savane de Neptune. Les auteurs de ces travaux ont découvert une concentration inattendue de planètes à la lisière du désert, qui forme une ligne de démarcation nette entre les deux régimes, une caractéristique qu’ils ont appelée la « chaîne de montagnes neptunienne ».

« Nous avons constaté qu’un grand nombre de planètes neptuniennes tournent autour de leurs étoiles avec des périodes orbitales comprises entre 3,2 et 5,7 jours. Nous estimons que la probabilité de trouver une planète dans cette région est environ 8 fois supérieure à celle de la trouver à des distances plus courtes (dans le désert), et environ 3 fois supérieure à celle de la trouver à des distances plus longues (dans la savane), ce qui “ce qui suggère que ces planètes ont été soumises à des processus spécifiques qui les ont conduites vers cette région orbitale très particulière”, explique Amadeo Castro-González, chercheur prédoctoral INTA au Centre d’astrobiologie (CAB), INTA-CSIC, et auteur principal de cette étude.

À la découverte de la Cordillère : méthodes et outils

La découverte a été rendue possible grâce à l’analyse des données de la mission spatiale Kepler de la NASA, corrigées des biais d’observation à l’aide de techniques statistiques avancées. Les chercheurs ont méticuleusement cartographié la relation entre le rayon et la période de ces exoplanètes, révélant des régions distinctes qui définissent le nouveau paysage neptunien. Cette cartographie complète montre les processus complexes impliqués dans la migration et l’évaporation atmosphérique de ces planètes.

“La qualité et la systématicité des observations de la mission Kepler ont été décisives pour pouvoir réaliser cette étude, ainsi que les efforts de surveillance de ses planètes depuis le sol, pour lesquels le Centre d’Astrobiologie a consacré des efforts importants ces dernières années, » commente Jorge Lillo-Box, co-auteur de l’étude.

Implications pour la formation et l’évolution planétaires

Les auteurs de l’étude ont interprété les résultats dans le contexte des théories de formation et d’évolution planétaires et concluent que l’accumulation de planètes dans la chaîne de montagnes neptunienne pourrait être interprétée à travers l’existence de deux mécanismes de migration qui peupleraient la chaîne de montagnes et le savane d’une manière différente.

« Les preuves d’observation actuelles suggèrent qu’une fraction substantielle des planètes de la chaîne de montagnes pourraient être arrivées de leur lieu de naissance via un mécanisme appelé migration de marée à haute excentricité, capable de rapprocher les planètes de leurs étoiles à tout moment de leur vie. “Au contraire, les planètes de la savane pourraient avoir été amenées principalement par un autre type de migration, dite migration entraînée par les disques, qui se produit juste après la formation des planètes”, explique Vincent Bourrier, chercheur à l’Université de Genève et co-auteur de l’étude.

« Ces processus de migration, ainsi que l’évaporation des atmosphères planétaires, façonnent probablement les différents traits observés dans le paysage neptunien », conclut Vincent Bourrier.

Des programmes d’observation ambitieux

Pour percer davantage les mystères du paysage neptunien, différents programmes d’observation sont menés. La collaboration HARPS-NOMADS, un programme d’observation dirigé par David J. Armstrong, chercheur à l’Université de Warwick et également co-auteur de cette étude, utilise le spectrophotographe haute résolution HARPS de l’Observatoire européen austral (ESO) pour rechercher de nouvelles planètes dans le désert, la chaîne de montagnes et la savane de Neptune avec pour objectif final de réaliser des études statistiques de leurs propriétés. Certaines de ces nouvelles planètes seront surveillées avec le spectrographe haute résolution ESPRESSO, également de l’ESO, dans le cadre de la collaboration ATREIDES, dirigée par Vincent Bourrier. Ce programme vise à réaliser un recensement exhaustif de l’orientation des orbites des planètes, qui dépendent du processus de migration, et fournira donc des informations pertinentes sur la formation et l’évolution de l’ensemble des planètes neptuniennes.

“Ces programmes d’observation seront complétés à l’avenir par de nouvelles recherches massives de systèmes planétaires, comme celles réalisées par le télescope spatial PLATO de l’Agence spatiale européenne, et dans lesquelles l’Espagne et le CAB ont investi d’importantes ressources”, explique David Barrado, également co-auteur de l’étude.

“La découverte de la chaîne de montagnes neptunienne représente un changement de paradigme dans la compréhension de l’une des questions les plus pertinentes de l’exploration exoplanétaire actuelle”, commente Jorge Lillo-Box ; et « ouvre une nouvelle porte à notre compréhension de l’origine et de la formation de planètes comme notre Neptune », conclut Amadeo Castro-González.

L’étude s’intitule « Cartographie du paysage exo-neptunien ». Et cela a été publié dans la revue académique Astronomy & Astrophysics. (Source : CAB)