Nouvelle étude : les énigmes de la densité des sub-Neptunes enfin percées

ParisDe nombreuses étoiles de notre galaxie possèdent des planètes en orbite autour d'elles. Les planètes les plus courantes sont appelées sous-Neptunes, et elles sont de taille intermédiaire entre la Terre et Neptune. Il est difficile de déterminer leur densité. Les scientifiques utilisent deux méthodes pour mesurer leur masse : la méthode des variations des temps de transit (TTV) et la méthode de la vitesse radiale. Ils ont constaté que ces méthodes fournissent des résultats différents concernant la densité.

Des chercheurs de NCCR PlanetS, de l'Université de Genève et de l'Université de Berne ont mené une étude, publiée dans la revue Astronomy & Astrophysics.

Voici un résumé de leurs principales découvertes :

Les recherches montrent qu’il existe deux types de planètes sub-Neptuniennes : denses et moins denses. En mesurant leur densité, les Variations de Temps de Transit (VTT) donnent souvent des valeurs plus faibles que la méthode de la vitesse radiale. De plus, les systèmes mesurés par VTT sont fréquemment trouvés en résonance orbitale.

Les exoplanètes dont la taille se situe entre celle de la Terre (environ 6 400 km de rayon) et celle de Neptune (environ 25 000 km de rayon) sont appelées sub-Neptunes. Environ 30 % à 50 % des étoiles semblables au soleil possèdent au moins une sub-Neptune. Pour déterminer leur densité, les scientifiques mesurent leur masse et leur taille. Une méthode, nommée TTV, surveille les variations du moment où les planètes passent devant leur étoile en raison des attractions gravitationnelles d'autres planètes. Une autre méthode, appelée vitesse radiale, mesure les changements de vitesse de l'étoile causés par les planètes en orbite.

Une équipe de chercheurs de NCCR PlanetS, de l'UNIGE et de l'UNIBE a approfondi cette question et a découvert que la différence est liée à des raisons physiques plutôt qu'à des biais. Ils ont constaté que les systèmes évalués par la méthode TTV possèdent souvent des planètes en résonance, ce qui signifie que le rapport de leurs périodes orbitales est une fraction simple. Par exemple, une planète peut faire deux orbites autour de l'étoile pendant qu'une autre en fait une seule. Plusieurs planètes en résonance peuvent créer un motif appelé résonances de Laplace.

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Adrien Leleu, co-auteur de l'étude, a suggéré qu'il pourrait exister un lien entre la densité d'une planète et ses schémas orbitaux. Pour vérifier cette hypothèse, les scientifiques devaient éviter les biais dans leurs données. Les planètes plus grandes et plus légères prennent plus de temps à être détectées par les méthodes de vitesse radiale. Ce retard pourrait faire en sorte que ces planètes soient ignorées, car leur masse reste inconnue. Cela pourrait fausser la recherche, montrant une préférence pour la détection des planètes plus massives et plus denses avec les techniques de vitesse radiale.

Après avoir nettoyé les données, les scientifiques ont effectué des tests statistiques. Ils ont découvert que les sub-Neptunes dans des systèmes avec des résonances orbitales sont moins denses que ceux dans des systèmes sans résonances orbitales, quelle que soit la manière dont leur masse est mesurée.

L'étude propose plusieurs explications à ce lien. Une théorie principale concerne la formation des systèmes planétaires. Au départ, tous les systèmes peuvent se former avec des orbites interconnectées. Cependant, seuls 5 % de ces systèmes demeurent stables au fil du temps. Les autres deviennent instables, provoquant des collisions entre les planètes. Ces chocs entraînent la fusion des planètes, les rendant plus denses. Après la fusion, les planètes adoptent de nouvelles orbites non connectées.

Yann Alibert de l'UNIBE a indiqué que les modèles informatiques sur la formation et l'évolution des planètes montrent que les planètes en résonance tendent à être moins denses. L'étude révèle également que la plupart des systèmes planétaires ont subi de grandes collisions, similaires à celle qui a donné naissance à notre Lune, mais souvent encore plus violentes.

Les recherches expliquent pourquoi les sous-Neptunes possèdent des densités différentes. Ces nouvelles découvertes améliorent notre compréhension de la formation et de l'évolution des systèmes planétaires.