Des systèmes d’exoplanètes plus complexes que prévu
Bien que nous ayons identifié des milliers d’exoplanètes, la plupart l’ont été dans une région relativement restreinte de notre galaxie. Grâce à l’amélioration des techniques de détection, les découvertes pourraient être décuplées d’ici une décennie, en révélant davantage d’informations sur leurs configurations orbitales ou «architectures planétaires». Pour Richard Alexander du projet BuildingPlanS, «pratiquement toutes les architectures planétaires imaginables existent quelque part, et la plupart ne ressemblent en rien à notre système solaire!» Mais qu’est-ce qui détermine ces architectures? BuildingPlanS, financé par le Conseil européen de la recherche, a étudié la manière dont les systèmes d’exoplanètes se forment et en quoi cela influence les architectures actuelles. «Nous avons pu bénéficier de nouvelles observations astronomiques qui nous ont appris qu’il se passe plus de choses dans ces systèmes qu’on ne le pensait auparavant. Nous pensions par exemple que les disques de formation des planètes étaient lisses et dépourvus de caractéristiques, mais ils sont en fait très structurés, avec des anneaux, des vides ou des spirales», explique Richard Alexander, professeur d’astrophysique théorique à l’Université de Leicester, hôte du projet.
Rétro-ingénierie des architectures planétaires
Les planètes se forment dans des disques riches en gaz autour de jeunes étoiles, mais après leur formation, l’interaction entre les planètes et ces disques «parents» fait migrer les planètes vers des orbites différentes. «Si nous pouvons observer le début de la formation des planètes – les disques protoplanétaires – et son aboutissement, la majeure partie de ce qui se passe entre les deux demeure impossible à observer. Cela est dû aux échelles de temps impliquées et au fait que les matériaux intermédiaires – essentiellement de gros rochers – n’émettent pas suffisamment de lumière pour que nous puissions les observer», explique Richard Alexander. BuildingPlanS a construit des modèles informatiques destinés à simuler ce processus intermédiaire. La plupart étaient des modèles hydrodynamiques de planètes et de disques de gaz/poussière, utilisant à la fois des codes de simulation publics, notamment PHANTOM, et le propre logiciel de l’équipe. Les apports de données provenaient d’observatoires tels que l’ALMA, le VLT ESO et le télescope Hubble. L’équipe a défini les paramètres initiaux du disque – tels que la masse, l’étendue spatiale et la température – ainsi que les orbites et les propriétés des étoiles et des planètes, puis a simulé l’évolution du système planétaire. Ils ont également procédé à un «post-traitement» à l’aide de calculs de transfert radiatif afin de déterminer comment les éléments apparaîtraient aux télescopes. BuildingPlanS a bénéficié de nouvelles données provenant de l’ALMA qui ont révélé des types d’exoplanètes dont on ne soupçonnait pas l’existence. Cela a abouti à un premier résultat déterminant concernant les systèmes planétaires Elias 24. L’équipe a révélé que sa structure apparente en disque est probablement causée par une planète géante dans le disque externe, au-delà de Neptune. D’autres résultats se rapportaient aux disques mal alignés, à savoir des disques qui ne sont pas confinés à un seul plan. «Au début du projet, la plupart des gens les considéraient comme une nouveauté, mais notre travail démontre qu’ils sont en fait relativement communs», fait remarquer Richard Alexander. Le travail sur le système HD143006 en est une ramification. Les modèles de l’équipe suggèrent qu’il s’agit d’une seule planète en orbite autour de deux étoiles. Dans ce cas, l’orbite des deux étoiles l’une autour de l’autre n’est pas alignée avec celle de la planète. Si cela se confirmait, il s’agirait du premier exemple connu d’une «planète circumbinaire mal alignée».
Le meilleur des mondes
Les résultats du projet ont conduit Richard Alexander à formuler deux conclusions générales qui serviront de base à de futures recherches. Premièrement, la poussière est extrêmement importante pour l’évolution précoce des systèmes planétaires. Comme le dit Richard Alexander, «Elle n’est pas seulement le bloc constitutif des planètes, elle influence directement l’évolution du disque gazeux». Deuxièmement, l’environnement des systèmes planétaires est également vital, ce qui signifie que les chercheurs pourraient manquer des événements cruciaux s’ils traitent les systèmes de manière isolée pour simplifier leurs études. Concernant l’avenir, Richard Alexander déclare: «Je pense que les plus importantes avancées viendront désormais des nouvelles observations, notamment du télescope spatial James Webb, auquel participe notre équipe, grâce en partie à BuildingPlanS».
Mots‑clés
BuildingPlanS, planète, gaz, disque, ALMA, observatoires, système solaire, étoiles, orbites, simulation