La plupart des planètes éloignées de leur étoile ont une masse neptunienne

Une nouvelle étude portant sur des observations de microlentilles gravitationnelles pour la détection d'exoplanètes situées à grande distance de leur étoile montre que ces dernières ont statistiquement une masse de l'ordre de celle de Neptune.

Daitsuke Suzuki (Université du Maryland) et son équipe arrivent à la conclusion que les planètes de masse neptunienne sont 10 fois plus fréquentes que ne le sont des planètes de masse de Jupiter sur des orbites du type de celle de Jupiter. La technique des microlentilles gravitationnelles est très efficace pour détecter une planète éloignée de son étoile. Elle consiste à observer l'apparition d'une augmentation rapide de luminosité d'une étoile lorsque la planète et son étoile viennent à passer devant par hasard. Leur masse agit alors comme une lentille optique en défléchissant et concentrant la lumière de l'étoile d'arrière-plan.

Les astrophysiciens, dans cette étude, ont déterminé le ratio de masse entre la planète et son étoile ainsi que la distance les séparant. Et pour 40% des événements de microlentille détectés ils ont pu évaluer la masse de l'étoile indépendamment, ce qui leur fournit immédiatement la masse de la planète.

Parmi les quelques milliers d'exoplanètes trouvées à ce jour, seules une cinquantaine l'ont été grâce à la technique de microlentille gravitationnelle. Cela est dû à la rareté du phénomène d'alignement avec une étoile d'arrière plan qui est nécessaire dans cette méthode, et qui a lieu aléatoirement. Les astronomes doivent alors suivre en continu l'évolution de la luminosité de millions d'étoiles.

La puissance de cette méthode, c'est qu'elle permet de détecter des planètes dont la distance à leur étoile est beaucoup plus grande qu'avec les autres techniques de mesure de vitesse radiale ou de transit, et autour d'étoiles situées 100 fois plus loin que celles scrutées avec les autres méthodes de détection. La méthode de microlentille gravitationnelle peut même permettre de trouver des planètes errantes, attachées à aucune étoile. Cette méthode est donc complémentaire de celle utilisée par le fameux télescope Kepler qui à découvert surtout des planètes proches de leur étoile.

La collaboration nippo-néozélandaise MOA (Microlensing Observations in Astrophysics) a réussi à identifier 1474 microlentilles gravitationnelles entre 2007 et 2012 en ajoutant à leurs données celles du projet OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment). Mais toutes les microlentilles produites par des étoiles ne sont pas forcément accompagnées d'une microlentille par une planète. Ils en ont ainsi trouvé 22 dans ce vaste échantillon.

Les chercheurs ont alors regardé la fréquence des planètes en fonction de leur masse relative et de leur distance à leur étoile. Pour une étoile typique ayant une masse de 60% de celle du Soleil, la planète type détectée par microlentille fait entre 10 et 40 fois la masse de la Terre. On peut comparer ces masses à Neptune qui fait 17 masses terrestres.

Il apparaît donc qu'au delà de la "limite de glace", la zone à partir de laquelle l'eau ne peut plus qu'être solide à l'époque de la formation planétaire, ce sont des planètes de la masse de Neptune qui seraient les plus probables (la limite de glace pour notre système solaire se situe à 2,7 U.A, au milieu de la ceinture d'astéroïdes).

Suzuki et ses collègues expliquent dans leur étude qui est parue dans The Astrophysical Journal cette semaine que ce qu'ils trouvent n'est pas si étonnant, car c'est au delà de la limite de glace que la formation des planètes doit être la plus efficace, car les matériaux gazeux s'y condensent en corps solides, augmentant par là-même la quantité de briques disponibles pour le processus de construction planétaire.

Les américains ont bien compris quelle était la puissance de la technique des microlentilles gravitationnelles pour la détection des planètes. Le futur télescope de la NASA WFIRST (Wide Field Infrared Survey Telescope), qui sera lancé vers 2025, est déjà plannifié pour effectuer un grand relevé de microlentilles. Grâce à WFIRST, les scientifiques espèrent pouvoir ajouter plusieurs milliers de planètes au grand catalogue qui grossit chaque jour.

Source :

The Exoplanet Mass-ratio Function From The MOA-II Survey: Discovery of a Break and Likely Peak at a Neptune Mass 

D. Suzuki et al.

The Astrophysical Journal, Volume 833, Number 2 (13 december 2016)

http://dx.doi.org/10.3847/1538-4357/833/2/145

Illustrations :

1) Graphe représentant 4769 exoplanètes avérées ou candidates, en fonction de leur distance à leur étoile (en abscisse) et de leur masse (en ordonnée) triées par la méthode de leur découverte. Les planètes de notre système solaires sont également représentées pour comparaison. (NASA's Goddard Space Flight Center).

2) Schéma de principe de détection de planète par le phénomène de microlentille gravitationnelle (Nature)