Certaines exoplanètes nomades ne naîtraient pas autour d'une étoile

La découverte des exoplanètes nomades, grâce à l'effet de lentille gravitationnelle, a probablement surpris plus d'un astrophysicien. Mais selon des travaux récents, non seulement ces astres ne sont pas en orbite autour d'une étoile, mais certains d'entre eux n'auraient même pas commencé leur vie autour d'un jeune soleil. Certaines de ces exoplanètes se seraient formées spontanément par effondrement gravitationnel dans ce que l'on appelle des « globulettes », des petites cousines des globules de Bok.

Les chercheurs savent depuis moins de dix ans qu’il existe des exoplanètes gazeuses qui foncent à travers la Voie lactée sans être liées à une étoile. L'existence de ces astres errant à travers le milieu interstellaire a été démontrée grâce à l’effet de microlentille gravitationnelle. Quand l’une d’entre elles passe devant une étoile sur notre voûte céleste, son champ de gravitation agit comme le ferait une loupe sur les rayons lumineux en provenance de cette étoile, augmentant sa luminosité de façon bien spécifique. De cette manière, on peut non seulement détecter des objets compacts sombres, mais on peut également déterminer leur masse.

On estime qu’elles seraient au moins aussi nombreuses que les étoiles de notre Galaxie, c'est-à-dire environ 200 milliards, et probablement beaucoup plus. Jusqu’à présent, on expliquait leur existence en évoquant leur éjection précoce d’un système planétaire en formation. Mais depuis quelque temps, des astrophysiciens réfléchissaient à un autre mécanisme de formation faisant intervenir une variante des globules de Bok, mais de taille nettement plus modeste.


Une vue en fausses couleurs de la nébuleuse de la Rosette. Le zoom montre des globulettes dans les cercles blancs. Certaines de ces régions sont en train de s'effondrer tout en quittant la nébuleuse. Elles devraient donner naissance non à des systèmes planétaires entourant un jeune soleil, mais à des exoplanètes errant errant dans la Voie lactée, et qualifiées de nomades. © M. Mäkelä, ESO

Rappelons que les globules de Bok sont des amas sombres de poussières et de gaz du milieu interstellaire, au sein desquels peuvent se produire des naissances d'étoiles. Ils ont typiquement une masse d'environ 10 à 50 masses solaires, contenue dans une sphère d'environ une année-lumière de diamètre. Ces globules sont froids et peuvent s’effondrer en se fragmentant pour donner des étoiles.

Or, on sait qu’il existe aussi dans certaines nébuleuses, comme celle de la Rosette, des objets similaires, mais bien plus petits, les « globulettes ». Certaines de celles repérées dans la nébuleuse de la Rosette ont un diamètre inférieur à 50 fois la distance du Soleil à Neptune et contiennent une masse inférieure à 13 fois celle de Jupiter. Denses et froides, ces globulettes sont donc susceptibles de s’effondrer gravitationnellement pour donner des planètes, et non des naines brunes.

Des chercheurs suédois et finlandais ont voulu les étudier d’un peu plus près. Ils ont pour cela utilisé le radiotélescope de l’observatoire d'Onsala, en Suède, pour examiner dans le domaine radio les globulettes de cette nébuleuse située à environ 4.600 années-lumière du Soleil, dans la constellation de la Licorne. Ils ont complété leurs observations par celles fournies dans le domaine millimétrique par Apex au Chili et celles fournies en infrarouge par le New Technology Telescope (NTT) de l’Eso à La Silla, également au Chili. Les résultats de leurs travaux sont disponibles dans un article en accès libre sur arxiv.


Les astronomes ont découvert que de petits nuages ​​sombres dans la nébuleuse de la Rosette, appelés « globulettes », ont les bonnes caractéristiques pour former des planètes errantes. Le graphique montre le spectre de l'une des globulettes prises au télescope de 20 mètres à l'observatoire d'Onsala, en Suède. Les ondes radio émises par certaines molécules de monoxyde de carbone (13CO) dans ces globulettes donnent des informations sur la masse et la structure de ces nuages. © M. Mäkelä, ESO

Les astrophysiciens ont affiné et consolidé leurs estimations de la masse et de la densité des plus de 100 globulettes contenues dans la nébuleuse de la Rosette. Ils confirment que certaines sont suffisamment denses pour s’effondrer en donnant des exoplanètes, et parfois suffisamment massives pour donner des naines brunes.

Mais le résultat le plus important est ailleurs. Ces globulettes, qui sont le produit de l’érosion de nuages moléculaires et poussiéreux bien plus grands sous l’effet de l’intense rayonnement ultraviolet des jeunes étoiles de la nébuleuse de la Rosette, sont animées de mouvements rapides. Elles sont en train de quitter la nébuleuse à des vitesses de l’ordre de 80.000 km/h, probablement sous l’effet, là encore, de la pression de rayonnement issue des étoiles. Tous les ingrédients sont donc réunis pour qu’apparaissent directement des exoplanètes nomades, qui ne seraient donc pas toutes formées dans des disques protoplanétaires entourant de jeunes étoiles.

Dans la longue histoire de la Voie lactée, des millions de nébuleuses comme celle de la Rosette ont existé temporairement. On peut donc penser qu’une large part des exoplanètes errantes de la Galaxie ne sont pas nées autour d’une étoile.