La taille des orbites de Jupiter et Saturne ne serait pas atypique

On a découvert plus de 800 exoplanètes, et les superterres sont légion dans la Voie lactée. Les chercheurs pensaient que beaucoup de systèmes planétaires devaient posséder des planètes géantes à des distances supérieures à celles de Saturne et Jupiter au Soleil, comme celui de l'étoile HR 8799. Il semble que ce ne soit pas le cas, selon la Gemini Planet-Finding Campaign.

En 2008, une équipe internationale d’astronomes a annoncé avoir obtenu pour la première fois une image directe d’exoplanètes en utilisant les instruments du télescope Keck II. Il s’agissait d’un système de trois exoplanètes gazeuses géantes autour de l’étoile HR 8799, située à environ 128 années-lumière du Soleil. En fait, deux de ces exoplanètes avaient déjà été imagées directement l’année précédente avec le télescope Gemini North, au sommet du Mauna Kea à Hawaï, à proximité du télescope Keck II, qui a en fait servi à confirmer solidement l’existence des exoplanètes en en découvrant une troisième au passage.

Le système de HR 8799 est jeune, et son étoile, d’environ 1,5 fois la masse du Soleil, est cinq fois plus lumineuse que lui. Les trois géantes imagées sont âgées d’environ 30 millions d’années, de sorte qu’elles contiennent encore beaucoup de chaleur d’accrétion due à leur formation et qu’elles sont particulièrement brillantes dans l’infrarouge. Leurs masses sont estimées à entre 7 et 10 fois celle de Jupiter, pour des distances à leur étoile hôte d’à peu près 25, 40 et 70 UA (unités astronomiques, c'est-à-dire la distance Terre-Soleil). En comparaison, les planètes Jupiter et Saturne sont situées respectivement à 5 et 10 UA environ.

À priori, on pouvait penser que la présence de planètes géantes à plus de 20 UA est un phénomène fréquent, et que notre Système solaire est atypique. HR 8799 est en effet très proche de nous à l’échelle de la Voie lactée, et il était donc normal d’en déduire que pour cette raison, la présence de géantes gazeuses loin de leur étoile principale ne constituait pas une rareté dans le monde des exoplanètes.

Pour le savoir, de décembre 2008 à mi-2012, les astronomes ont mené le programme Gemini Planet-Finding Campaign. Il consistait à utiliser l’instrument baptisé Nici (Near-Infrared Coronagraphic Imager) équipant Gemini South, le jumeau du télescope Gemini North au sommet du Cerro Pachón (Chili).

Pendant plus de trois ans, le télescope Gemini South a donc été utilisé pour partir à la chasse de géantes gazeuses situées à plus de 5 à 10 UA autour d’environ 300 étoiles. Comme l’expliquent les astronomes dans un article sur arxiv, les résultats obtenus ont été surprenants.

HR 8799 est une étoile sur la séquence principale de type A (donc de masse comprise entre une et deux fois celle du Soleil) dans le diagramme d’Hertzsprung-Russell et environ 70 étoiles de type A et B (de masses comprises entre 2 et 16 masses solaires) ont fait partie des observations de la Gemini Planet-Finding Campaign. Aucune nouvelle exoplanète n’a été découverte dans cet échantillon.

Selon les chercheurs, en prenant en compte la sensibilité du Nici, cela impliquerait que moins de 20 % des étoiles de deux masses solaires peuvent avoir des géantes gazeuses de masse supérieure à quatre fois celle de Jupiter, à des distances comprises entre 59 et 460 UA, et moins de 10 % de ces étoiles auraient des exoplanètes plus massives que Jupiter à des distances comprises entre 38 et 650 UA. Au final, moins de 10 % des étoiles de type A et B auraient une géante analogue à HR 8799 b. Compte tenu du fait que ces types d’étoiles sont moins nombreux dans la Voie lactée que les étoiles de type solaire et surtout les naines rouges de type M, on peut penser que la distribution des distances des géantes gazeuses de notre Système solaire n’est probablement pas atypique.

Voilà de quoi contraindre les modèles de formation des planètes, et indirectement d'estimer l'occurrence de systèmes planétaires aptes à héberger la vie. Des données qui sont importantes aussi bien donc pour les planétologues que pour les exobiologistes.


Les exoplanètes en orbite autour de l’étoile HR 8799, située à environ 128 années-lumière de la Terre dans la constellation de Pégase, avaient été imagées directement par Christian Marois et ses collègues en 2008. Les astronomes avaient utilisé des instruments équipant le mythique télescope Keck II au sommet du Mauna Kea, à Hawaï. © Lynette Cook