Les planètes géantes gazeuses ne se présentent pas autour de petites étoiles rouges

Les astronomes ont révélé que les types d’étoiles les plus petites et les plus courantes de l’univers, appelées naines rouges, hébergent très rarement de grandes planètes semblables à Jupiter. Cette absence d’analogues de Jupiter pourrait avoir des impacts majeurs sur le développement de planètes semblables à la Terre autour des naines rouges et dans la recherche de mondes capables de supporter une vie extraterrestre.

Convenant à sa distinction de plus grande planète localement, Jupiter a joué un rôle dominant dans l’évolution de notre système solaire. Les scientifiques pensent que Jupiter a finalement préparé le terrain pour que la Terre devienne habitable, influençant la formation, la taille et la composition de notre monde. Ainsi, l’absence de gigantesques géantes gazeuses dans les systèmes planétaires nains rouges suggère que les mondes rocheux résidents n’ont peut-être pas évolué vers des lieux particulièrement terrestres et propices à la vie.

“Nous avons montré que les étoiles les moins massives n’ont pas de Jupiter, c’est-à-dire des planètes de la masse de Jupiter qui reçoivent des quantités de lumière stellaire similaires à celles que Jupiter reçoit de notre soleil”, explique Emily Pass, chercheuse au Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA) et auteur principal d’une nouvelle étude publiée sur le arXiv serveur de préimpression et prêt à être publié dans Le Journal Astronomique, transmettant les résultats. “Bien que cette découverte suggère que les planètes vraiment semblables à la Terre pourraient être rares autour des naines rouges, il y a encore tellement de choses que nous ne savons pas encore sur ces systèmes, nous devons donc garder l’esprit ouvert.”

Les découvertes ont une importance supplémentaire car de nombreuses naines rouges sont parmi nos voisins cosmiques les plus proches. Cette proximité, associée au fait que les naines rouges froides et sombres ne submergent pas leurs planètes d’éblouissement, les a établies comme les cibles les plus propices pour étudier les atmosphères des exoplanètes – une priorité de recherche clé maintenant et pour les prochaines décennies.

“Les étoiles naines rouges pipsqueak que nous avons examinées pour cette étude sont nos voisines cosmiques les plus immédiates, ce qui signifie que leurs planètes sont des candidats idéaux pour un examen détaillé par le télescope spatial James Webb”, déclare le co-auteur de l’étude David Charbonneau, professeur à Harvard. universitaire et membre du Centre d’astrophysique | Harvard & Smithsonian. “Mais maintenant que nous avons des preuves très solides que les géantes gazeuses froides comme Jupiter et Saturne sont extrêmement rares autour de ces étoiles, les planètes rocheuses tempérées que nous finissons par étudier pourraient s’écarter considérablement de nos attentes terrestres.”

Pour évaluer la fréquence des planètes de Jupiter, Pass et ses collègues ont examiné une population sans précédent de 200 petites naines rouges, chacune ne représentant que 10 % à 30 % de la masse du soleil. Ces minuscules naines rouges sont la norme cosmique, dépassant largement les étoiles de la taille du soleil dans notre galaxie. Les observations ont été recueillies entre 2016 et 2022 principalement à partir de l’observatoire Fred Lawrence Whipple, situé en Arizona, ainsi que de l’observatoire interaméricain Cerro Tololo au Chili.

Les chercheurs se sont appuyés sur la technique de la vitesse radiale pour détecter toutes les grandes exoplanètes dans leur ensemble de données stellaires. Alors que les planètes orbitent autour de leurs étoiles hôtes, les gravités en interaction des corps font “osciller” les étoiles très légèrement, un effet perceptible dans les lectures détaillées de la lumière des étoiles.

Sur l’ensemble de l’échantillon d’étoiles, les chercheurs n’ont pas détecté une seule planète équivalente à Jupiter. Sur la base des incertitudes statistiques inhérentes, les chercheurs peuvent affirmer avec certitude que les Jupiters se produisent dans moins de 2% des systèmes planétaires nain rouge de faible masse.

Les résultats contrastent fortement avec des enquêtes similaires sur des étoiles de taille moyenne comme notre soleil, qui arborent généralement des planètes massives à des distances semblables à celles de Jupiter. Les masses énormes de ces mondes – Jupiter à lui seul contient plus de masse que toutes les autres planètes réunies – se traduisent par une gravité énorme, et une gravité énorme se traduit par une influence considérable sur les autres corps célestes.

“Dans le système solaire, Jupiter est le tyran”, explique Charbonneau. “Une grande partie de ce qui fait de la Terre ce qu’elle est remonte à ce que Jupiter faisait dans les premières phases de l’histoire du système solaire.”

Parmi les événements les plus significatifs figure la migration de Jupiter au cours des premières centaines de millions d’années d’existence du système solaire. Après sa formation dans les confins du système solaire, Jupiter, avec les autres planètes extérieures, est théorisé pour s’être déplacé vers l’intérieur vers le soleil. Dans le processus, la lourde gravité de Jupiter a dispersé des charges de corps cométaires riches en glace sur des trajectoires de collision avec les quatre mondes rocheux du système solaire interne.

Lorsqu’un grand nombre de ces corps glacés ont touché notre jeune planète, ils ont livré de grandes quantités d’eau, potentiellement accompagnées de molécules organiques (contenant du carbone). Les eaux se sont regroupées à la surface de notre planète, créant les océans, au sein desquels on pense que les molécules organiques se sont mélangées pendant des millions d’années. Finalement, les molécules ont évolué en complexité et ont commencé à s’auto-répliquer, après avoir fait la transition vers ce que nous appelons la vie.

Sans Jupiter, ces conditions ne se seraient peut-être pas produites et le voyage vers la vie n’aurait peut-être jamais commencé.

Bien que les nouvelles découvertes suggèrent que les circonstances qui ont conduit au moins un monde de notre système solaire à devenir habitable ne sont probablement pas comparables dans les systèmes solaires hébergés par de minuscules étoiles rouges, la porte est loin d’être fermée en ce qui concerne la vie extraterrestre dans ces systèmes.

“Nous ne pensons pas que l’absence de Jupiters signifie nécessairement que les planètes rocheuses autour des naines rouges sont inhabitables”, explique Charbonneau.

L’absence flagrante de méga-planètes de type Jupiter signifie que davantage de matière première devrait être disponible pour construire des corps rocheux plus petits, car cette matière n’a pas été incorporée dans des mondes de type Jupiter. En effet, d’autres études ont montré que les mondes solides des naines rouges ont tendance à être proportionnellement plus grands que ceux qui entourent les étoiles solaires.

De même, les planètes rocheuses semblent se former en plus grand nombre autour des naines rouges par rapport aux étoiles solaires. Par exemple, le célèbre système planétaire TRAPPIST-1 regroupe sept mondes rocheux sur des orbites beaucoup plus proches de l’étoile naine rouge hôte que Mercure ne l’est de notre soleil.

En un mot, les systèmes planétaires des naines rouges sont juste différents des nôtres. Et cette différence pourrait peut-être conduire à de riches possibilités d’habitabilité que nous n’avons pas encore réalisées.

“Notre travail implique que des mondes rocheux avec des masses similaires à la Terre et des naines rouges en orbite sont nés et ont grandi dans un environnement très différent de celui de notre propre planète”, explique Pass. “Nous sommes ravis de voir ce que cela signifie exactement alors que nous allons de l’avant dans l’exploration à distance des planètes de notre voisinage cosmique.”

Parmi les autres membres de l’équipe de recherche figurent Jennifer Winters (CfA et Williams College), Jonathan Irwin (CfA et Université de Cambridge, Royaume-Uni) et David Latham, Perry Berlind, Michael Calkins, Gilbert Esquerdo et Jessica Mink (CfA).