mercredi 22 août 2012

Des Exoplanètes Parfaitement Alignées

La structure de notre système solaire, avec ses 8 planètes en orbite autour du Soleil à peu près dans un même plan géométrique, nous est assez familier. Le modèle standard de la formation du système solaire fait l'hypothèse que le Soleil et les planètes se sont formés dans un disque de gaz en rotation. La formation planétaire dans un disque plat produit naturellement des orbites qui sont étroitement alignées dans un même plan géométrique. Mais nous ne savons pas encore si notre système solaire est typique des systèmes planétaires en général. 

Vue d'artiste du système Kepler-30 et de la tache stellaire (Nature).
En explorant les systèmes exoplanétaires, la mission Kepler de la NASA est en train de transformer notre compréhension de la formation et de l'évolution des systèmes de planètes orbitant des étoiles. Kepler vise une catégorie particulière de planètes, celles qui transitent devant leur étoile. Sanchis-Ojeda et ses collaborateurs rapportent dans le numéro 487 de Nature un cas très intéressant de système exoplanétaire, Kepler-30, qui apporte des informations fondamentales.
Ce système comporte pas moins de trois planètes. Les chercheurs américains sont parvenus à montrer que l'ensemble des trois planètes transitent dans ce système exactement dans le même plan, à l'intérieur d'un seul petit degré d'inclinaison angulaire. Cet arrangement très serré dans Kepler-30 est à rapprocher bien sûr de notre propre système solaire.
Il apparaît que la différence maximale en inclinaison entre plusieurs planètes en transit est fortement liée à la taille de leur étoile, ainsi qu’à leur distance de l'étoile. Plus l’étoile est petite et la distance de la planète grande, plus la probabilité de voir les planètes dans le même plan est grande.

Si elles ne se trouvent pas dans le même plan, on ne peut pas les voir toutes transiter… Mais une des rares exceptions est le cas où les inclinaisons mutuelles des orbites des planètes sont grandes, mais leurs plans orbitaux se croisent dans une ligne de nœuds qui pointe vers la Terre. La probabilité est infime…

Sanchis-Ojeda et al. ont poussé un peu plus loin cette astuce géométrique. Il se trouve que l’étoile du système Kepler-30 est magnétiquement active et couvertes de taches stellaires, des régions qui sont plus sombres et plus froides que le reste de la surface de l'étoile, comme celles que nous connaissons sur notre Soleil.
Les auteurs ont constaté, avec étonnement, que les trois planètes de Kepler-30 transitaient sur la même tache stellaire. Ils ont vu le phénomène à plusieurs reprises. Et parce que la tache stellaire est beaucoup plus petite que l'étoile elle-même, la régularité observée exige que les orbites planétaires soient alignées de très très près, mais aussi qu’elles soient alignées avec le plan de rotation de l'étoile !
Ils ont pu ainsi en déduire que, tout comme notre système solaire, les planètes de Kepler-30 se sont formées par un disque de gaz en rotation.
Il faut rappeler que toutes les planètes extrasolaires ne sont pas forcément alignées sur le plan de rotation de leur étoile. Le fait que certaines orbites planétaires peuvent être parfaitement alignées avec le plan de l'équateur de leur étoile, tandis que d'autres sont extrêmement mal alignées, montre que nous avons encore beaucoup à apprendre sur la formation et l'évolution orbitale des planètes.

Avoir trouvé des planètes qui s'alignent avec des taches stellaires peut sembler comme une chance inouïe. Mais à coup sûr, cette technique aujourd’hui singulière deviendra une technique standard d’étude (on ne parle même plus de découvertes) des systèmes exoplanétaires dans le futur.


source : 
Alignment of the stellar spin with the orbits of a three-planet system
R. Sanchis-Ojeda et al. 
Nature 487,  449–453 (26 July 2012)