Une combinaison de processus cosmiques façonne la formation de l'un des types les plus courants de planètes en dehors de notre système solaire, selon une nouvelle étude dirigée par des chercheurs de Penn State. L'équipe de recherche a utilisé des données du satellite d'enquête (TESS) en transit de la NASA (TESS) pour étudier les jeunes sous-neptunes – des plans plus grands que la Terre mais plus petits que Neptune – cette orbite proche de leurs étoiles. Le travail donne un aperçu de la façon dont ces planètes pourraient migrer vers l'intérieur ou perdre leur atmosphère au cours de leurs premiers stades.
Un article décrivant la recherche est apparu aujourd'hui 17 mars Le journal astronomique. Les résultats offrent des indices sur les propriétés des sous-neptunes et aident à répondre à des questions de longue date sur leurs origines, a déclaré l'équipe.
« La majorité des 5500 exoplanètes découvertes à ce jour ont une orbite très proche de leurs étoiles, plus proche que Mercury à notre soleil, que nous appelons les planètes` `proches '' », a déclaré Rachel Fernandes, boursier postdoctoral du président au Département de l'astronomie et de l'astrophysique de Penn State et de l'équipe de recherche.
« Beaucoup d'entre eux sont des sous-neptunes gazeux, un type de planète absent de notre propre système solaire. Bien que nos géants du gaz, comme Jupiter et Saturne, se soient formés plus loin du soleil, il est clair comment tant de sous-neptunes proches ont réussi à survivre près de leurs étoiles, où ils sont bombardés par un rayonnement stellaire intense. »
Pour mieux comprendre comment les sous-neptunes se forment et évoluent, les chercheurs se sont tournés vers des planètes autour des jeunes étoiles, qui ne sont devenues récemment observables grâce à Tess.
« La comparaison de la fréquence des exoplanètes de certaines tailles autour des étoiles d'âges différents peut nous en dire beaucoup sur les processus qui façonnent la formation de planète », a déclaré Fernandes. « Si les planètes se forment généralement à des tailles et des emplacements spécifiques, nous devrions voir une fréquence similaire de ces tailles à différents âges. Si nous ne le faisons pas, cela suggère que certains processus modifient ces planètes au fil du temps. »
L'observation des planètes autour des jeunes stars, cependant, a été traditionnellement difficile. Les jeunes étoiles émettent des éclats de rayonnement intense, tournent rapidement et sont très actifs, créant des niveaux élevés de « bruit » qui rendent difficile d'observer les planètes autour d'eux.
« Les jeunes stars de leurs premiers milliards d'années de vie lancent des crises de colère, émettant une tonne de radiations », a expliqué Fernandes. « Ces crises de colère stellaires provoquent beaucoup de bruit dans les données, nous avons donc passé les six dernières années à développer un outil de calcul appelé Pterodactyls pour voir à travers ce bruit et détecter réellement les jeunes planètes dans les données Tess. »
L'équipe de recherche a utilisé des ptérodactyles pour évaluer les données TESS et identifier les planètes avec des périodes orbitales de 12 jours ou moins – pour référence, beaucoup moins que l'orbite de 88 jours de Mercury – avec l'objectif d'examiner les tailles de planète, ainsi que la façon dont les planètes ont été façonnées par le rayonnement de leurs étoiles hôtes.
Étant donné que la fenêtre d'enquête de l'équipe était de 27 jours, cela leur a permis de voir deux orbites complètes des planètes potentielles. Ils se sont concentrés sur des planètes entre un rayon de 1,8 et 10 fois la taille de la Terre, permettant à l'équipe de voir si la fréquence des sous-neptunes est similaire ou différente dans les systèmes jeunes par rapport aux systèmes plus anciens précédemment observés avec le télescope spatial Kepler à la retraite de Tess et de la NASA.
Les chercheurs ont constaté que la fréquence des sous-neptunes proches changeait au fil du temps, avec moins de sous-neptunes autour des étoiles entre 10 et 100 millions d'années par rapport à celles entre 100 et 1 milliard d'années. Cependant, la fréquence des sous-neptunes proches est beaucoup moins dans les systèmes plus anciens et plus stables.
« Nous pensons que divers processus façonnent les motifs que nous voyons dans les étoiles proches de cette taille », a déclaré Fernandes. «Il est possible que de nombreux sous-neptunes se soient initialement formés plus loin de leurs étoiles et ont lentement migré vers l'intérieur au fil du temps, nous en voyons donc plus à cette période orbitale à l'ère intermédiaire.
« Au cours des dernières années, il est possible que les planètes diminuent plus souvent lorsque les rayonnements de l'étoile soufflent essentiellement de son atmosphère, un processus appelé perte de masse atmosphérique qui pourrait expliquer la fréquence plus faible des sous-neptunes. Mais c'est probablement une combinaison de processus cosmiques façonnant ces modèles au fil du temps plutôt qu'une seule force dominante. »
Les chercheurs ont déclaré qu'ils aimeraient étendre leur fenêtre d'observation avec Tess pour observer les planètes avec des périodes orbitales plus longues. De futures missions comme la Platon de l'Agence spatiale européenne pourraient également permettre à l'équipe de recherche d'observer des planètes de plus petites tailles, similaires à celles de Mercure, Vénus, Terre et Mars. L'élargissement de leur analyse à des planètes plus petites et plus éloignées pourrait aider les chercheurs à affiner leur outil et à fournir des informations supplémentaires sur la façon dont les planètes se forment.
De plus, le télescope spatial James Webb de la NASA pourrait permettre la caractérisation de la densité et de la composition des planètes individuelles, qui, selon Fernandes, pourrait donner des conseils supplémentaires à leur formation.
« La combinaison d'études sur des planètes individuelles avec les études de population comme nous l'avons menée ici nous donnerait une bien meilleure image de la formation de la planète autour des jeunes stars », a déclaré Fernandes.
« Plus nous découvrons de systèmes et de planètes solaires, plus nous réalisons que notre système solaire n'est pas vraiment le modèle; c'est une exception. Les futures missions pourraient nous permettre de trouver des planètes plus petites autour des jeunes étoiles et de nous donner une meilleure image de la façon dont les systèmes planétaires se forment et évoluent avec le temps, nous aidant à mieux comprendre comment notre système solaire, comme nous le savons aujourd'hui, est devenu le temps. »
