Planètes sans étoile : seules dans l’espace interstellaire

EC’est une idée surprenante : des milliards de planètes pourraient errer seules dans notre Voie lactée, c’est-à-dire suivre leur propre chemin sans orbiter autour d’une étoile. Les scientifiques dirigés par Takahiro Sumi et Naoki Koshimoto de l’Université d’Osaka au Japon ont maintenant évalué les données d’observation de l’Observatoire du Mont John en Nouvelle-Zélande pour en savoir plus sur cette étrange population.

Le fait que des planètes puissent devenir sans abri est à première vue évident étant donné les diverses interactions dans notre galaxie : elles peuvent être catapultées hors de leur orbite autour de leur étoile d’origine lors de collisions, de rencontres rapprochées avec une deuxième planète plus massive ou lorsqu’une étoile passe par là. On dit que de telles rencontres fatales se produisent fréquemment dans les jeunes systèmes planétaires – c’était également le cas dans le système solaire : la Lune de la Terre s’est probablement formée lorsque la jeune Terre est entrée en collision avec un corps céleste de la taille de Mars. L’inclinaison de l’axe de rotation d’Uranus peut également être le résultat d’une collision interplanétaire.

Beaucoup plus de planètes solitaires que d’étoiles

Mais les astronomes discutent depuis des années du nombre de planètes éjectées dans notre Voie lactée. En 2011, Sumi et ses collègues soupçonnaient que pour chaque étoile de la Voie lactée, il pouvait y avoir deux planètes orphelines ayant la masse de Jupiter. Un groupe dirigé par Louis Strigari de l’Institut Kavli de l’Université de Stanford est arrivé à la conclusion en 2012 que les planètes sans abri sont en réalité 100 000 fois plus nombreuses que les étoiles. Strigari et ses collègues ont particulièrement pris en compte les planètes de plus petite masse, comme celles de la taille de la Terre. En revanche, les travaux d’un groupe dirigé par Przemek Mróz de l’Université de Varsovie en 2017 ont révélé que les grandes planètes orphelines de type Jupiter sont huit fois plus rares que ne le pensaient Sumi et son équipe.

La nouvelle analyse, présentée dans deux articles acceptés pour publication dans la revue scientifique « The Astronomical Journal », estime désormais quelque chose entre les deux : selon elle, il y aurait environ 20 planètes orphelines pour chaque étoile de la Voie lactée. C’est bien moins que le nombre estimé par l’équipe de Strigari, mais cela reste néanmoins important : il y a entre 100 milliards et 1 000 milliards d’étoiles dans la Voie lactée – par conséquent, le nombre de planètes sans étoiles dans notre galaxie est probablement de plusieurs milliards.

Recherche à l’aide de la lentille gravitationnelle

Sumi, Koshimoto et leurs collègues s’appuient sur l’ensemble de données d’observation le plus complet à ce jour. Le télescope de 1,8 mètre du mont John a enregistré plus de 6 000 événements dits « de microlentille » entre 2006 et 2014. Cela fait référence au bref scintillement de la lumière d’une étoile lointaine lorsqu’un corps céleste, tel qu’une planète orpheline, passe directement devant elle du point de vue de la Terre. Selon Einstein, la « lentille gravitationnelle miniature » courbe l’espace de telle manière que la lumière provenant de l’étoile lointaine est amplifiée de manière mesurable sur des heures, des jours ou des semaines, en fonction du mouvement de l’objet. En observant la lumière amplifiée, la masse du corps céleste autrement invisible passant entre l’étoile et l’observateur peut être calculée.

Selon les chercheurs, sur les 6 000 événements, environ 3 500 ont été déclenchés par des planètes orphelines. Un seul d’entre eux avait à peu près la taille de la Terre. Mais en réalité, les planètes semblables à la Terre devraient constituer la majorité des orphelins, écrivent les auteurs : plus une planète est petite, plus elle a de chances d’être poussée hors de son orbite par une plus grande et de se retrouver orpheline. Cependant, les planètes de la taille de la Terre ne produisent qu’une augmentation de la lumière des étoiles à très court terme et sont donc souvent négligées.

Les corps de la taille de Jupiter sont plus faciles à détecter, mais sont en réalité plus rares en tant que corps solitaires que ceux de la taille de la Terre. Si la NASA lance son télescope spatial romain Nancy Grace en 2027 comme prévu, le nombre de planètes orphelines de la taille de la Terre pourrait se multiplier. Le télescope infrarouge prévu utilisera la méthode des microlentilles pour rechercher spécifiquement les planètes de la Voie lactée, principalement celles en orbite autour de leurs étoiles, mais aussi celles sans étoile. Si l’analyse des chercheurs dirigés par Sumi et Koshimoto est correcte, le télescope devrait alors trouver environ 400 planètes orphelines de la taille de la Terre.