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Le destin tragique des planètes extrasolaires gazeuses

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Résumé

Communiqué de presse « Science » du 3 Mars 2009

Description

Grâce à la méthode des transits planétaires, plus de quarante planètes extrasolaires gazeuses analogues à Jupiter ou Neptune ont été découvertes depuis dix ans, orbitant à moins de 0.1 UA de leur étoile centrale (1). Une équipe constituée d'astrophysiciens du Centre de Recherche Astrophysique de Lyon (ENS Lyon, Université de Lyon) et de l'Observatoire de Paris a montré que toutes ces planètes avaient une orbite instable à cause des effets de marées intenses entre l'étoile et la planète, conduisant à une collision inéluctable entre les deux corps en des temps extrêmement brefs par rapport à la durée de vie du système. Cette étude publiée dans la revue « Astrophysical Journal Letters » relance le débat sur le mode de formation et d'évolution des systèmes planétaires extra-solaires découverts jusqu'à présent. L'influence des effets de marées sur l'orbite et la rotation de deux corps en interaction gravitationnelle est bien connue dans le Système Solaire. Ils permettent, par exemple, d'expliquer pourquoi la vitesse de rotation de la Lune a été fortement ralentie par la Terre jusqu'à atteindre une rotation « synchrone », c'est-à-dire égale à la vitesse de révolution de la Lune autour de la Terre, lui permettant ainsi de nous montrer toujours la même face. Dans le même temps, la rotation terrestre est ralentie par la Lune, celle-ci s'éloignant de la Terre de quelques centimètres par an. Le système évolue jusqu'à atteindre un état d'équilibre stable lorsque toutes les périodes de rotation sont « synchronisées » avec la période orbitale et que l'orbite devient circulaire. Par analogie, il était généralement admis que les systèmes planétaires extrasolaires composés d'une étoile et d'une planète en orbite suivaient la même destinée. En étudiant le destin de l'ensemble des planètes extrasolaires dénommées «en transit » et détectées par la baisse d'éclat de leur étoile à l'occasion de leurs passages réguliers devant elle, les astrophysiciens français ont découvert que la totalité de ces planètes était, à l'inverse, appelée à venir mourir tragiquement lors d'une future collision avec leur étoile. Des simulations numériques complémentaires de l'évolution de l'orbite de ces planètes ont montré que le temps de vie restant variait entre seulement quelques millions d'années et quelques milliards d'années, ces premiers étant extrêmement courts par rapport à l'âge de ces systèmes proche de quelques milliards d'années. En outre, ces simulations ont aussi montré que, contrairement aux idées reçues dans la communauté astrophysique, l'excentricité de l'orbite ne diminuait significativement que lors de la phase finale relativement brutale de rapprochement des deux corps avant la collision (2). Ces résultats relancent pleinement le débat sur l'observation, la formation et l'évolution de ces systèmes extra-solaires. En effet, la plupart de ces systèmes ont actuellement des orbites quasi-circulaires, ce qui suggère, d'après les précédentes conclusions, que nous aurions l'immense privilège d'observer la quasi-totalité de ces planètes en train de tomber sur leur étoile ! La probabilité d'un tel événement étant, a priori rare, cela signifie que ce ne sont pas les effets de marées réciproques entre l'étoile et la planète qui ont pas joué un rôle important dans la circularisation de leur orbite. Cette propriété pourrait alors résulter de processus plus anciens comme des interactions entre la planète et le disque protoplanétaire primordial, par exemple. Les autres possibilités pouvant expliquer l'observation de ces planètes sur des orbites instables pourraient être une méconnaissance des échelles de temps des mécanismes de dissipation des effets de marées au sein de corps gazeux ou la présence de compagnons planétaires encore non-détectés préservant la stabilité orbitale de la première planète. Cette dernière hypothèse devrait bientôt pouvoir être vérifiée lors des prochaines campagnes d'observation de ces systèmes. (1) UA = unité astronomique = distance Soleil-Terre, 149,6 millions de km. (2) L'excentricité d'une orbite caractérise le degré d'ellipticité ou d'élongation plus ou moins prononcé de l'orbite ellliptique que décrit une planète autour de l'étoile. Référence : B. Levrard, C. Winisdoerffer & G. Chabrier Falling transiting extrasolar giant planets Astrophysical Journal Letters, 692, L9-L13, 10 Février 2009
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