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Exoplanètes : la régularité des orbites ne serait pas une exception


Les superterres dans la zone d'habitabilité sont légion dans la Voie lactée. Le bel ordonnancement des planètes du Système solaire pourrait être une exception, d'après des simulations numériques de formation des systèmes planétaires. Mais ce n'est probablement pas le cas si l'on en croit les observations menées avec les exoplanètes en orbite autour de Kepler 30.

Lorsque l'on cherche à décrypter les processus qui ont mené la matière à se complexifier en différentes étapes du Big Bang au vivant, on doit nécessairement évaluer la probabilité de l'occurrence de certains scénarios cosmogoniques. C'est particulièrement le cas de ceux rendant compte de la formation des systèmes planétaires. Une nécessité si l'on veut savoir si oui ou non, notre propre Système solaire avec les conditions requises pour l'apparition de la vie représente une exception dans la Voie lactée.

Une chose est désormais certaine : il existe des milliards de superterres dans la zone d'habitabilité de la Galaxie. Toutefois, les simulations sur ordinateur de la formation d'exoplanètes à partir d'un disque protoplanétaire ne sont pas favorables – pour le moment du moins – à l'idée que des planètes forment le plus souvent un système coplanaire, c'est-à-dire dont les orbites sont situées sur un même plan, comme dans le Système solaire.

Bien sûr, dans toutes ces simulations, il se forme un disque de poussières et de gaz dans lequel les protoplanètes naissent. Mais, par le jeu des perturbations gravitationnelles entre ces exoplanètes naissantes et leur disque, plusieurs d'entre elles acquièrent finalement des orbites peu ou non coplanaires avec des excentricités importantes. Il peut même arriver que les orbites soient rétrogrades, le sens de la révolution des planètes étant alors opposé à la rotation de son étoile sur elle-même.

Une vue d'artiste de l'étoile Kepler 30 et son système planétaire. Les 3 planètes géantes détectées tournent sur des orbites coplanaires et lors des observations, une grande tache (comme celles que l'on observe sur le Soleil) était éclipsé périodiquement lors des transits.

Une vue d'artiste de l'étoile Kepler 30 et son système planétaire. Les 3 planètes géantes détectées tournent sur des orbites coplanaires et lors des observations, une grande tache (comme celles que l'on observe sur le Soleil) était éclipsé périodiquement lors des transits (cliquez sur l'image pour l'agrandir).


Les observations concernant les Jupiter chaudes ont tendance à favoriser l'hypothèse que le Système solaire est une exception. Toutefois, depuis quelque temps, des observations effectuées depuis l'espace avec Kepler, ou au sol avec le spectrographe Harps de l'Eso (European Southern Observatory), tendaient à prouver que des systèmes planétaires avec des orbites coplanaires ne sont pas des anomalies rares dans la Voie lactée.

Des exoplanètes avec orbites coplanaires trahies par une tache solaire

Il semble que des observations concernant 3 exoplanètes, en orbite autour d'une étoile située à environ 10.000 années-lumière de la Terre, permettent d'enfoncer un peu plus le clou dans ce sens, si l'on en croit un article récemment publié dans Nature.

Si des systèmes planétaires avec transit – réellement coplanaires – sont rares, il ne doit pas être facile d'en trouver dans les 150.000 étoiles observées par Kepler. Enfin, si les Jupiter chaudes acquièrent bien des caractéristiques orbitales (telles que des orbites non circulaires et non coplanaires) après leur formation dans un disque, du fait de forces de dispersion engendrées par les perturbations gravitationnelles, il est plausible de trouver plusieurs exoplanètes géantes sur des orbites régulières à bonne distance de leur étoile.

Or, justement, les chercheurs ont bel et bien fini par trouver une étoile similaire au Soleil, Kepler 30, entourée d'un cortège planétaire coplanaire rappelant l'ordre régulier du Système solaire. Pour le démontrer, ils ont mis à profit le fait que, malgré la distance, les instruments de Kepler ont détecté le transit d'une des planètes devant l'équivalent d'une tache solaire sur l'étoile. Il en résultait un faible rebond de la luminosité de l'étoile lors du transit car moins de lumière était bloquée. De transit en transit, la position de la tache, du fait de la rotation de l'étoile sur elle-même, se décalait et donc aussi les variations dans le temps de luminosité de l'étoile. On pouvait en déduire que le transit de l'exoplanète se faisait dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation de l'étoile.

En utilisant les variations des périodes de rotations des autres exoplanètes par des perturbations gravitationnelles mutuelles, il a finalement été possible de montrer que 3 exoplanètes autour de Kepler 30 orbitent dans un même plan, ou presque, et dans le même sens que celui de la rotation de l'étoile sur elle-même.

D'autres découvertes similaires devraient aider à préciser les mécanismes de la formation et de l'évolution des systèmes planétaires, ainsi que la fréquence de l'apparition des équivalents du Système solaire dans la Voie lactée.

Vue d'artiste du satellite d'observation Kepler dont le financement a été reconduit jusqu'en 2016.

Vue d'artiste du satellite d'observation Kepler dont le financement a été reconduit jusqu'en 2016.


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