Des études sur les catalogues d'exoplanètes suggéraient que les rayons planétaires augmentent avec la masse de leur étoile, pour des tailles de planètes inférieures à 6 rayons terrestres et des masses d'étoile inférieures à 1 masse solaire. Des astronomes suisses, américains et israélien ont voulu savoir ce qui se cache derrière cette corrélation entre taille de planète et masse de l'étoile. Ils publient leurs résultats dans Astronomy&Astrophysics.
Est-ce que la relation déduite de la taille planétaire et de la masse de l'étoile hôte peut être expliquée par une masse planétaire plus élevée des planètes orbitant autour d'étoiles de masse plus élevée, une inflation du rayon planétaire due à la différence d'irradiation stellaire, ou bien des compositions et structures planétaires différentes ? C'est pour répondre à ces questions de Mickael Lozovsky (Université de Zürich) et ses collaborateurs se sont plongés dans les données de centaines de systèmes exoplanétaires pour lesquels ont été mesurés la taille et la masse des planètes, ainsi que la masse de l'étoile et son type. Ils se sont focalisés sur des étoiles de type G (comme le Soleil) et K (un peu plus froides et moins massives).
Pour les étoiles G et K relativement petites (masses ~< 1,2 masses solaires), une étude de Pascucci et al. en 2018 avait suggéré qu'en moyenne, les masses planétaires augmentent presque linéairement avec la masse stellaire, avec un pic universel (c'est-à-dire indépendant du type stellaire) dans le rapport de masse planète/masse étoile.
Après analyses statistiques, Lozovsky et ses collaborateurs peuvent confirmer que les étoiles plus massives accueillent bien des planètes plus grandes et plus massives. Ils constatent en revanche que les différences de masses et de températures planétaires ne sont pas suffisantes pour expliquer les différences de rayons qui sont mesurées pour les planètes entourant différents types stellaires. Comme ils ne trouvent pas de corrélation entre les rayons planétaires et les températures d'équilibre, ils rejettent le rôle que pourrait avoir l'inflation thermique dans les tendances observées.
En utilisant des modèles planétaires de diverses compositions, les chercheurs ont ensuite calculé les relations masse-rayon (M-R) et montrent que, étant donné la platitude des courbes M-R dans la gamme d'intérêt, la différence typique de masse qui est observée entre les planètes des étoiles G et K, environ 2 masses terrestres, est beaucoup trop faible pour expliquer la différence typique dans les rayons observés, qui vaut environ 0,75 rayon terrestre.
En revanche, pour eux, la variation de la fraction massique d'hydrogène et d'hélium (H-He) peut facilement expliquer la gamme des rayons planétaires et la différence observée entre les systèmes d'étoiles de type G et K. Les planètes d'une étoile G seraient simplement plus riches en substances volatiles que les planètes d'une étoile de type K. Elles apparaissent donc moins massives à rayon égal, ou si on préfère, leur masse augmente moins vite quand leur rayon augmente.
Les auteurs concluent que les planètes autour d'étoiles plus massives contiennent de plus grandes quantités de H-He. Cela suggère que les planètes qui se forment autour d'étoiles plus massives accrètent plus efficacement les atmosphères de H-He. Reste à savoir comment. Lozovsky et ses collaborateurs évoque l'idée de disques protoplanétaires plus massifs qui pourraient conduire à une croissance plus rapide du noyau planétaire, permettant aux noyaux d'accréter des enveloppes gazeuses substantielles avant que le disque gazeux ne se dissipe. Les planètes autour des étoiles G et K seraient alors différentes par leur formation.
Il sera bien évidemment nécessaire de disposer de contraintes supplémentaires pour tester ces résultats. La composition planétaire pourra être étudiée notamment avec le très attendu télescope spatial Webb aux multiples applications. Une autre propriété importante d'un système planétaire est son âge qui n'est généralement pas très bien contraint. Cela devrait changer avec la prochaine mission PLATO, qui permettra d'estimer les âges stellaires avec une précision d'environ 10%. Avec ces contraintes d'âge, les astrophysiciens pourront déterminer si - et comment - les différences observées dans les populations de planètes évoluent dans le temps.
Source
Why do more massive stars host larger planets?
M. Lozovsky et al.
A&A 652, A110 (18 August 2021)
Illustration
Vue d'artiste d'un système planétaire autour d'une étoile de faible masse (Université de l'Arizona)
Aucun commentaire:
Enregistrer un commentaire
Merci !