Selon les estimations actuelles, il pourrait y avoir jusqu'à 100 milliards de planètes dans la seule Galaxie de la Voie lactée. Malheureusement, trouver des preuves de ces planètes est un travail difficile et long. Pour la plupart, les astronomes sont obligés de s'appuyer sur des méthodes indirectes qui mesurent les creux dans la luminosité d'une étoile (la méthode de transit) des mesures Doppler du propre mouvement de l'étoile (la méthode de la vitesse radiale).
L'imagerie directe est très difficile en raison de l'effet d'annulation des étoiles, où leur luminosité rend difficile la détection des planètes en orbite. Heureusement, une nouvelle étude menée par le Centre de traitement et d'analyse infrarouge (IPAC) de Caltech a déterminé qu'il pourrait y avoir un raccourci pour trouver des exoplanètes en utilisant l'imagerie directe. La solution, prétendent-ils, est de rechercher des systèmes avec un disque de débris circumstellaires, car ils sont sûrs d'avoir au moins une planète géante.
L’étude, intitulée «A Direct Imaging Survey of Spitzer Detected Debris Disks: Occurrence of Giant Planets in Dusty Systems», a récemment été publiée dans Le journal astronomique. Tiffany Meshkat, chercheuse adjointe à IPAC / Caltech, était l’auteur principal de l’étude, qu’elle a réalisée tout en travaillant au Jet Propulsion Laboratory de la NASA en tant que chercheuse postdoctorale.
Pour les besoins de cette étude, le Dr Meshkat et ses collègues ont examiné les données de 130 systèmes mono-étoiles différents avec des disques de débris, qu'ils ont ensuite comparés à 277 étoiles qui ne semblent pas héberger de disques. Ces étoiles ont toutes été observées par le télescope spatial Spitzer de la NASA et étaient toutes relativement jeunes (moins d'un milliard d'années). Sur ces 130 systèmes, 100 avaient déjà été étudiés pour trouver des exoplanètes.
Le Dr Meshkat et son équipe ont ensuite effectué le suivi des 30 systèmes restants en utilisant les données du W.M. Observatoire Keck à Hawaï et très grand télescope (VLT) de l’Observatoire européen austral (ESO) au Chili. Bien qu'ils n'aient détecté aucune nouvelle planète dans ces systèmes, leurs examens ont aidé à caractériser l'abondance des planètes dans les systèmes qui avaient des disques.
Ce qu'ils ont découvert, c'est que les jeunes étoiles avec des disques de débris sont plus susceptibles d'avoir également des exoplanètes géantes à orbites larges que celles qui n'en ont pas. Ces planètes étaient également susceptibles d'avoir cinq fois la masse de Jupiter, ce qui en faisait des «super-Jupiters». Comme le Dr Meshkat l'a expliqué dans un récent communiqué de presse de la NASA, cette étude sera utile lorsque viendra le temps pour les chasseurs d'exoplanètes de sélectionner leurs cibles:
«Nos recherches sont importantes pour savoir comment les futures missions planifieront les étoiles à observer. De nombreuses planètes découvertes par imagerie directe se trouvaient dans des systèmes qui avaient des disques de débris, et maintenant nous savons que la poussière pourrait être des indicateurs de mondes inconnus. »
Cette étude, qui était le plus grand examen des étoiles avec des disques de débris poussiéreux, a également fourni la meilleure preuve à ce jour que les planètes géantes sont responsables de garder les disques de débris sous contrôle. Bien que la recherche n'ait pas directement déterminé pourquoi la présence d'une planète géante entraînerait la formation de disques de débris, les auteurs indiquent que leurs résultats sont conformes aux prédictions selon lesquelles les disques de débris sont le produit de planètes géantes se soulevant et provoquant des collisions de poussière.
En d'autres termes, ils croient que la gravité d'une planète géante provoquerait la collision de planestimaux, les empêchant ainsi de former des planètes supplémentaires. Comme le co-auteur de l'étude Dimitri Mawet, qui est également un chercheur principal du JPL, a expliqué:
"Il est possible que nous ne trouvions pas de petites planètes dans ces systèmes car, au début, ces corps massifs ont détruit les blocs de construction de planètes rocheuses, les envoyant se briser les uns les autres à grande vitesse au lieu de se combiner doucement. "
Au sein du système solaire, les planètes géantes créent des ceintures de débris de toutes sortes. Par exemple, entre Mars et Jupiter, vous avez la ceinture principale d'astéroïdes, tandis qu'au-delà de Neptune se trouve la ceinture de Kuiper. De nombreux systèmes examinés dans cette étude ont également deux ceintures, bien qu’elles soient nettement plus jeunes que les ceintures du système solaire - environ 1 milliard d’années contre 4,5 milliards d’années.
L'un des systèmes examinés dans l'étude était Beta Pictoris, un système qui a un disque de débris, des comètes et une exoplanète confirmée. Cette planète, désignée Beta Pictoris b, qui a 7 masses Jupiter et orbite autour de l'étoile à une distance de 9 UA - soit neuf fois la distance entre la Terre et le Soleil. Ce système a été directement imagé par des astronomes dans le passé à l'aide de télescopes au sol.
Chose intéressante, les astronomes ont prédit l’existence de cette exoplanète bien avant sa confirmation, sur la base de la présence et de la structure du disque de débris du système. Un autre système qui a été étudié était HR8799, un système avec un disque de débris qui a deux ceintures de poussière proéminentes. Dans ces types de systèmes, la présence de planètes plus géantes est déduite en fonction de la nécessité de maintenir ces ceintures de poussière.
On pense que c'est le cas pour notre propre système solaire, où il y a 4 milliards d'années, les planètes géantes ont détourné les comètes qui passaient vers le Soleil. Cela a abouti au bombardement lourd tardif, où les planètes intérieures ont été soumises à d'innombrables impacts qui sont encore visibles aujourd'hui. Les scientifiques pensent également que c'est durant cette période que les migrations de Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune ont dévié la poussière et les petits corps pour former la ceinture de Kuiper et la ceinture d'astéroïdes.
Le Dr Meshkat et son équipe ont également noté que les systèmes qu'ils ont examinés contenaient beaucoup plus de poussière que notre système solaire, ce qui pourrait être attribuable à leurs différences d'âge. Dans le cas de systèmes qui ont environ un milliard d'années, la présence accrue de poussière pourrait être le résultat de collisions de petits corps qui n'ont pas encore formé de corps plus grands. De cela, on peut déduire que notre système solaire était également beaucoup plus poussiéreux.
Cependant, les auteurs notent qu'il est également possible que les systèmes qu'ils ont observés - qui ont une planète géante et un disque de débris - puissent contenir plus de planètes qui n'ont tout simplement pas encore été découvertes. En fin de compte, ils admettent que davantage de données sont nécessaires avant que ces résultats puissent être considérés comme concluants. Mais en attendant, cette étude pourrait servir de guide pour savoir où trouver des exoplanètes.
Comme Karl Stapelfeldt, scientifique en chef du Bureau du programme d'exploration des exoplanètes de la NASA et co-auteur de l'étude, a déclaré:
"En montrant aux astronomes où les futures missions telles que le télescope spatial James Webb de la NASA ont leurs meilleures chances de trouver des exoplanètes géantes, cette recherche ouvre la voie à de futures découvertes."
De plus, cette étude pourrait contribuer à éclairer notre propre compréhension de l'évolution du système solaire au cours de milliards d'années. Depuis quelque temps, les astronomes se demandent si des planètes comme Jupiter ont migré vers leurs positions actuelles et comment cela a affecté l’évolution du système solaire. Et il y a toujours un débat sur la façon dont la ceinture principale s'est formée (c'est-à-dire vide de plein).
Dernier point, mais non des moindres, il pourrait informer les futures enquêtes, permettant aux astronomes de savoir quels systèmes stellaires se développent dans le même sens que le nôtre, il y a des milliards d'années. Partout où les systèmes stellaires ont des disques de débris, ils infèrent la présence d'un géant gazeux particulièrement massif. Et là où ils ont un disque avec deux ceintures de poussière proéminentes, ils peuvent en déduire qu'il deviendra aussi un système contenant de nombreuses planètes et et deux ceintures.
