Vous en gagnez un peu, vous en perdez un peu. Plus tôt cette semaine, les observations effectuées par le télescope spatial Webb ont fourni de nouvelles données qui confortent ce que nous pensions comprendre sur la formation des planètes. Jeudi, on a appris que des astronomes avaient repéré une grande planète en orbite près d’une petite étoile, une étoile trop petite pour avoir suffisamment de matière autour d’elle pour former une planète aussi grande.
Cela ne veut pas dire que la planète est « impossible ». Mais cela signifie que nous ne comprenons peut-être pas pleinement certains aspects de la formation des planètes.
Un gros décalage
LHS 3154 est, selon toute mesure raisonnable, une petite étoile sombre. L’imagerie réalisée par l’équipe à l’origine du nouveau travail indique que la naine rouge ne possède que 11 % de la masse du Soleil. Les estimations de température la placent à environ 2 850 K, bien inférieure à la température de 5 800 K du Soleil et à peine assez chaude pour la maintenir en dehors de la catégorie des naines ultra-froides. (Oui, les nains ultracools suffisent pour mériter leur propre entrée sur Wikipédia.)
Nous avons trouvé de nombreuses planètes autour de naines rouges comme celle-ci. Mais pour la plupart, ils étaient petits et rocheux. Cela est probablement dû au fait que les petites étoiles se sont simplement formées à l’intérieur de disques sans autant de matière. Ce fut donc une petite surprise lorsque les données indiquèrent qu’il y avait une très grande planète autour de LHS 3154. Elle a été découverte à l’aide d’un télescope de l’observatoire McDonald au Texas.
Les chercheurs ont utilisé des mesures de vitesse radiale pour déterminer la masse de la planète. Cette méthode détecte les décalages Doppler dans la lumière de l’étoile qui sont causés par la gravité de la planète qui rapproche ou éloigne l’étoile de la Terre, selon l’endroit où l’orbite de la planète la mène. Cette méthode ne peut calculer qu’une limite inférieure de la masse de la planète. En effet, l’orbite de la planète peut être inclinée par rapport à la Terre et une partie de son attraction gravitationnelle sera donc hors axe.
Ces estimations donnent à la planète nouvellement découverte, LHS 3154b, une masse au moins 13 fois supérieure à celle de la Terre, ce qui la rend légèrement plus petite que Neptune. (Encore une fois, c’est une estimation inférieure, donc elle pourrait être plus grande.) Des planètes aussi grandes se trouvent rarement autour d’étoiles aussi petites. Et lorsqu’ils le sont, ils ont tendance à se trouver beaucoup plus loin de leurs étoiles que LHS 3154b, qui ne nécessite que 3,7 jours pour terminer une orbite. LHS 3154b est donc suffisamment inhabituel pour qu’il semble exiger une explication.
Devenir grand
Dans les cas où de grandes planètes se trouvent autour de petites étoiles, elles semblent se former par fragmentation du disque au début du processus de formation des étoiles. Il s’agit du même processus qui forme les étoiles binaires, mais avec une masse plus petite qui produit une planète. plutôt. Les chercheurs ont cependant découvert que LHS 3154b est beaucoup plus petite que les planètes formées lors de leurs simulations de ce processus et beaucoup plus proche de son étoile hôte.
Les chercheurs ont donc vérifié si d’autres modes de formation de planètes pouvaient produire quelque chose comme LHS 3154b. Ils ont obtenu des estimations de la quantité de matière dans les disques formant des planètes autour des étoiles avec une masse similaire à celle de LHS 3154. Ils ont ensuite utilisé cela pour simuler la formation de planètes par accrétion de petits matériaux rocheux ou via des collisions entre planétésimaux. Celles-ci n’ont généralement pas réussi à produire des planètes suffisamment grandes.
Pour former systématiquement quelque chose d’aussi gros que LHS 3154b, les chercheurs ont dû modifier les conditions de départ afin qu’il y ait 10 fois plus de matière dans le disque formant la planète.
Cela indique que nos modèles actuels des mécanismes de formation des planètes ne peuvent pas expliquer au moins une de nos observations. LHS 3154b pourrait être une valeur aberrante extrême, et si c’est le cas, nous ne devrions pas nous attendre à voir grand chose de semblable dans nos modèles ou dans d’autres observations. Si vous combinez les incertitudes des modèles et celles des mesures du disque, il est cependant possible qu’elles permettent d’obtenir quelque chose comme cette planète.
Mais les chercheurs ont également envisagé l’idée selon laquelle LHS 3154b pourrait nous renseigner sur nos modèles. Une option qui expliquerait les choses serait que la majeure partie de la matière des disques formant des planètes se présente sous la forme de cailloux centimétriques, ce qui serait impossible à détecter aux longueurs d’onde que nous avons utilisées pour étudier ces disques.
Une autre raison est qu’il existe un décalage temporel entre le moment où nous avons tendance à obtenir de bonnes images des disques en formation de planètes et le moment où la formation des planètes se produit réellement. La quantité de matière dans un disque formant une planète devrait diminuer avec le temps à mesure que l’étoile en formation se réchauffe et chasse la matière. Si le noyau rocheux de LHS 3154b s’était formé suffisamment tôt, il aurait pu continuer à saisir de la matière même après que le disque ait commencé à s’amincir pour atteindre les types de densités de matériaux utilisés dans ces simulations.
Le moyen le plus simple de déterminer laquelle de ces possibilités aide à expliquer LHS 3154b sera d’observer davantage de naines rouges. Celles-ci devraient nous indiquer s’il existe d’autres planètes similaires et peut-être aider à clarifier la quantité de matière trouvée dans les disques formant des planètes.
Science, 2023. DOI : 10.1126/science.abo0233 (À propos des DOI).