Qu'est-ce qu'un système solaire «normal» exactement? Si nous pensions avoir eu une idée dans le passé, nous n'en avons certainement pas maintenant. Et une nouvelle étude menée par des astronomes de l'Université de Cambridge a renforcé ce fait. La nouvelle étude a trouvé quatre planètes géantes gazeuses, similaires à nos propres Jupiter et Saturne, en orbite autour d'une très jeune étoile appelée CI Tau. Et l'une des planètes a une orbite extrême qui l'éloigne plus de mille fois plus de l'étoile que de la planète la plus intérieure.
CI Tau est à environ 500 années-lumière dans une partie très active de la galaxie appelée «pépinière stellaire». À seulement 2 millions d'années, CI Tau est un simple bébé en termes stellaires. Notre propre Soleil a environ 5 milliards d'années et a encore 5 milliards à faire, à donner ou à prendre. Donc, CI Tau est trop jeune pour avoir le type de géants gazeux dont il dispose. C'est du moins ce que nous pensions.
Notre meilleur modèle de formation de système solaire s'appelle l'hypothèse nébulaire et va quelque chose comme ceci: Un nuage tourbillonnant de gaz et de poussière croît et gagne en densité jusqu'à ce qu'il s'effondre en une étoile et que la fusion commence. Autour de cette étoile nouvellement formée, le reste du gaz et de la poussière continue de tourbillonner comme un disque protoplanétaire. Au fil du temps, cette matière se rassemble et forme d'autres planètes, lunes et astéroïdes, et il n'y a plus de disque protoplanétaire. Voilà une très brève description de la façon dont les choses se passent.
Mais ce processus de formation de la planète devrait prendre beaucoup de temps, bien plus de 2 millions d'années. Une étoile comme notre Soleil peut se former en aussi peu que 1 million d'années, mais les planètes gazeuses mettent entre 10 et 100 millions d'années à se former, et les planètes terrestres prennent encore plus de temps.
«Les planètes de masse de Saturne sont censées se former en accumulant d'abord un noyau solide puis en attirant une couche de gaz sur le dessus, mais ces processus sont censés être très lents à de grandes distances de l'étoile. La plupart des modèles auront du mal à fabriquer des planètes de cette masse à cette distance. » - Auteur principal de l'étude, le professeur Cathie Clarke, Cambridge University Institute of Astronomy.
Ce n'est pas la première fois que CI Tau attire l'attention des astronomes. En 2016, les astronomes ont découvert un Jupiter chaud en orbite autour de l'étoile. Cela en a fait la première star de son jeune âge à avoir l'une de ces géantes gaz brûlantes. Un Jupiter chaud est un géant gazeux dans la même gamme de masse que notre propre Jupiter, mais qui orbite si près de son étoile qu'il est très chaud. Les Jupiter chauds sont déroutants parce que nous ne comprenons pas comment ils peuvent se former «in situ», ou si près de l’étoile. Les astronomes pensent que ces types de planètes se forment plus loin de l'étoile et migrent vers l'intérieur. Comment cela pourrait-il arriver en seulement 2 millions d'années?
Dans cette nouvelle étude, une équipe de chercheurs dirigée par l'Université de Cambridge a de nouveau tourné les yeux vers CI Tau. Ils ont utilisé le tableau Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) pour rechercher dans le système CI Tau des frères et sœurs au Jupiter chaud. Ce qu'ils ont découvert n'a fait qu'augmenter le mystère du système. Ils ont découvert 3 autres géantes gazeuses en orbite autour de l'étoile, et l'une d'elles suit une orbite lointaine mille fois plus loin de l'étoile que la planète la plus intérieure, la Jupiter chaude susmentionnée. Selon le journal, il s'agit «… de l'ensemble d'exo-planètes le plus massif jamais détecté à cet âge». Donc qu'est-ce que tout cela veut dire?
«Il est actuellement impossible de dire si l'architecture planétaire extrême observée dans CI Tau est courante dans les systèmes chauds de Jupiter…» - Professeur Cathie Clarke, Cambridge University Institute of Astronomy.
Pour l'instant, nous n'en sommes pas sûrs. Environ 1% des étoiles hébergent des Jupiters chauds, mais la plupart des Jupiters chauds connus sont des centaines de fois plus âgés que CI Tau. Puisque, à notre connaissance, les planètes ne peuvent pas se former avant l’étoile, comment les astronomes peuvent-ils expliquer ce qui s’est passé dans ce système?
«Il est actuellement impossible de dire si l'architecture planétaire extrême observée dans CI Tau est courante dans les systèmes chauds de Jupiter, car la façon dont ces planètes frères ont été détectées - par leur effet sur le disque protoplanétaire - ne fonctionnerait pas dans les systèmes plus anciens qui n'ont plus un disque protoplanétaire », a déclaré le professeur Cathie Clarke de l'Institut d'astronomie de Cambridge, premier auteur de l'étude.
Il y a suffisamment de questions ici pour occuper une équipe d'astronomes pendant toute leur carrière. Selon les chercheurs, il n'est pas clair quel rôle, le cas échéant, les planètes fraternelles ont joué dans la conduite de la planète la plus profonde sur son orbite ultra-étroite. Il est également difficile de savoir si le mécanisme en jeu dans ce système est le même mécanisme qui crée des Jupiters chauds en général. Et un autre mystère est de savoir comment les deux planètes extérieures se sont formées.
"Les modèles de formation des planètes ont tendance à se concentrer sur la possibilité de créer les types de planètes qui ont déjà été observés, de sorte que les nouvelles découvertes ne correspondent pas nécessairement aux modèles", a déclaré Clarke. «Les planètes de masse de Saturne sont censées se former en accumulant d'abord un noyau solide puis en attirant une couche de gaz sur le dessus, mais ces processus sont censés être très lents à de grandes distances de l'étoile. La plupart des modèles auront du mal à fabriquer des planètes de cette masse à cette distance. »
C'est, bien sûr, ce qui rend la science si convaincante et efficace. Les astronomes observent quelque chose et créent un modèle pour l'expliquer. Ensuite, ils continuent d'observer, et certaines découvertes renforcent le modèle, tandis que d'autres le défient. Le modèle continue donc d'être mis à jour et, avec le temps, représente de façon réaliste un échantillon de plus en plus important d'observations.
Les astronomes continueront d'étudier ce système pour tenter de percer certains de ces mystères. ALMA a révolutionné l'étude des disques protoplanétaires, et les travaux futurs s'appuieront sans aucun doute fortement sur ALMA. Il a le pouvoir d'imager des planètes se formant à l'intérieur de disques protoplanétaires, qui sont des endroits sombres et mal éclairés qui sont très difficiles à voir.
Soyez prêt à être surpris par ce que voit ALMA. Encore.
- Communiqué de presse de l'Université de Cambridge: «Des planètes géantes autour d'une jeune étoile soulèvent des questions sur la formation des planètes»
- Document de recherche: «Imagerie millimétrique à haute résolution du disque protoplanétaire CI Tau: un ensemble massif de protoplanètes de 0,1 à 100 uA»
- Communiqué de presse de l'Université Rice: "Les astronomes trouvent une planète géante autour d'une très jeune étoile"
- Page Wikipédia: Hypothèse nébulaire
