Planètes extrasolaires : des étoiles cannibales
La probabilité de détecter une planète augmente avec la quantité d’éléments lourds que contient l’étoile
La quête des exoplanètes est affaire de patience, puisqu’il faut observer des milliers d’étoiles pour détecter seulement quelques planètes. De la patience, les astronomes en ont à revendre, mais il n’empêche qu’ils ont rapidement remarqué que certaines étoiles étaient des terrains de chasse plus favorables que d’autres. L’abondance de l’étoile en éléments chimiques plus lourds que l’hélium, que les astronomes appellent collectivement et abusivement «métaux», semblait être un paramètre clef. Le taux de détection augmente d’un facteur 7 quand on passe d’étoiles dont l’atmosphère contient autant d’éléments lourds que le Soleil à des étoiles qui en contiennent 2 fois plus ! Et il n’y a pas de biais observationnel dans ce résultat, car les étoiles de « métallicité » solaire sont beaucoup plus courantes que les étoiles de métallicité élevée.
En fait, on connaît moins d’une dizaine d’étoiles à planètes avec une métallicité plus faible que celle du Soleil. Quel peut être le sens de ce résultat? Nous savons que les planètes telluriques sont formées d’éléments lourds : silicates, nickel, fer. Les planètes géantes que nous observons autour d’autres étoiles sont très certainement gazeuses, mais leur atmosphère d’hydrogène et d’hélium cache sans doute un cœur riche en éléments lourds. Ceux-ci sont donc un ingrédient essentiel de la formation des planètes telle que nous la comprenons. Il est donc vraisemblable qu’il est plus facile de former des planètes dans un environnement riche en éléments lourds, éléments qu’on retrouvera dans l’atmosphère de l’étoile qui est née du même matériau.
Mais nous savons aussi que les planètes peuvent et même doivent migrer vers l’intérieur des systèmes planétaires. Autant il est facile de déclencher la migration, par exemple par interaction entre la planète et le disque protoplanétaire, autant il n’est pas évident d’arrêter la migration. Ne serait-il pas possible que certaines de ces planètes qui orbitent à quelques centièmes d’unité astronomique de leur étoile finissent par y plonger? Dans ce cas, le matériau rocheux de la planète serait vaporisé dans l’atmosphère de l’étoile. En fait, le cannibalisme de planètes ne semble pas le processus dominant.
En moyenne, il y a 1,8 fois plus de fer dans une étoile à planète que dans une étoile sans planète. Si l’on calcule combien il faudrait de matériau rocheux pour expliquer cette différence, on s’aperçoit qu’il faudrait que l’étoile ait absorbé des dizaines de planètes rocheuses comme la Terre (si le Soleil absorbait une planète comme Jupiter, essentiellement gazeuse, cela ne changerait pas grand- chose à sa composition).
Or, les observations montrent que les disques protoplanétaires ont une durée de vie inférieure à la dizaine de millions d’années. Si la chute de quelques planètes dans l’étoile est possible en un si court laps de temps, celle de dizaines d’objets l’est beaucoup moins. Nous avons donc un renseignement important: les planètes se forment plus facilement dans un environnement riche en métaux. Il faudra que les modèles de formation de systèmes planétaires rendent compte de cette contrainte. Mais il n’en faudra pas moins arriver à former des planètes dans des environnements de métallicité moyenne, le premier d’entre eux étant le système solaire : le Soleil est en effet dans la zone de métallicité où la probabilité de trouver des planètes est vraiment faible…
Vidéo : Planètes extrasolaires : des étoiles cannibales
Vidéo démonstrative pour tout savoir sur : Planètes extrasolaires : des étoiles cannibales