Comment ces six super-Terres résistent-elles au chaos de l’univers?

Une équipe d’astronomes est tombée sur ce rare exemple d’ordre – un groupe d’au moins six exoplanètes (dans les régimes super-Terre à mini-Neptune) suivant une danse cosmique rythmique autour d’une étoile hôte.

La découverte pourrait aider à mettre en lumière la manière dont les planètes se forment autour des étoiles et leur évolution au fil du temps.

La découverte est détaillée dans une étude publiée lundi dans la revue Astronomie et astrophysique.

Artist’s animation of the TOI-178 orbits and resonances (sound on!)

Comme capturé par cette animation vidéo de l’orbite des planètes, cinq exoplanètes externes suivent un modèle répétitif avec les mêmes planètes s’alignant sur leur orbite tous les quelques tours autour de leur étoile.

VOICI LE HISTORIQUE – L’équipe d’astronomes à l’origine de la découverte observait TOI-178, une étoile située à environ 200 années-lumière de la Terre dans la constellation du Sculpteur.

Au début, ils pensaient qu’il y avait deux planètes en orbite autour de cette étoile à peu près à la même distance. Cependant, une fois qu’ils ont examiné de plus près, leurs observations ont révélé un total de six exoplanètes en orbite autour de l’étoile.

À l’exception de la planète située le plus proche de son étoile hôte, les cinq planètes extérieures suivent un chemin cosmique unique alors qu’elles tournent autour de l’étoile avec un motif qui se répète toutes les quelques orbites.

QUOI DE NEUF – Ce type de configuration orbitale peut également être observé autour de Jupiter, où trois de ses lunes suivent un schéma rythmique en orbite autour de la géante gazeuse.

Jupiter a 79 lunes confirmées, mais trois d’entre elles; Io, Europa et Ganymède sont enfermés dans une configuration orbitale spéciale. Pour chaque orbite que Ganymède complète autour de Jupiter, Io, la plus proche des trois de Jupiter, complète quatre orbites complètes et Europe complète deux orbites complètes.

Cependant, les modèles orbitaux suivis par les cinq exoplanètes sont beaucoup plus complexes, selon les chercheurs à l’origine de l’étude, et le plus long jamais observé.

Les lunes de Jupiter sont dans une résonance 4: 2: 1, tandis que les cinq exoplanètes en orbite autour de TOI-178 suivent une chaîne 18: 9: 6: 4: 3.

Voici la répartition: alors que la deuxième planète de l’étoile termine ses 18 orbites, la troisième planète de l’étoile complète neuf orbites, tandis que la quatrième en complète six, la cinquième en complète quatre et la dernière, la plus éloignée de l’étoile hôte, complète trois.

Toutes les quelques orbites, les planètes s’aligneront selon un schéma répété.

ET APRÈS -- La configuration orbitale de ces cinq planètes extérieures est non seulement apaisante cosmiquement, mais elle fournit également aux scientifiques un aperçu de la formation et de l’évolution de ces planètes.

« Les orbites de ce système sont très bien ordonnées, ce qui nous dit que ce système a évolué assez doucement depuis sa naissance », a déclaré Yann Alibert, chercheur à l’Université de Berne et co-auteur de l’étude, dans un communiqué.

Les planètes forment un disque de gaz et de poussière qui entoure leur étoile hôte. Cependant, lorsqu’ils commencent à se former et à suivre une orbite autour de l’étoile, ils sont souvent dérangés par des astéroïdes entrants ou d’autres objets volants qui les impactent et les jettent hors de leur orbite.

Cependant, le système TOI-178 révèle très peu de perturbations car la danse cosmique de ces planètes est restée intacte.

Les chercheurs à l’origine de l’étude espèrent faire des découvertes supplémentaires d’exoplanètes en orbite autour de leur étoile hôte, révélant différents modèles qui peuvent les aider à comprendre l’histoire de la formation planétaire.

Abstrait: La détermination de l’architecture des systèmes multi-planétaires est l’une des pierres angulaires de la compréhension de la formation et de l’évolution des planètes. Parmi ceux-ci, les systèmes résonants sont particulièrement importants car la fragilité de leur configuration orbitale garantit qu’aucun événement significatif de diffusion ou de collision n’a eu lieu depuis la première phase de formation, lorsque le disque protoplanétaire parent était encore présent. Dans ce contexte, TOI-178 a fait l’objet d’une attention particulière car les premières observations TESS laissaient entendre la présence possible d’une chaîne résonante proche de 2: 3: 3. Nous rapportons ici les résultats des observations de CHEOPS, ESPRESSO, NGTS et SPECULOOS dans le but de déchiffrer l’architecture orbitale particulière du système. Nous montrons que TOI-178 abrite au moins six planètes dans les régimes super-Terre à mini-Neptune avec des rayons allant de 1,177 ± 0,074 à 2,91 ± 0,11 rayons terrestres et des périodes de 1,91, 3,24, 6,56, 9,96, 15,23 et 20,71 ré. Toutes les planètes sauf la plus interne forment une chaîne 2: 4: 6: 9: 12 de résonances de Laplace, et les densités planétaires montrent des variations importantes d’une planète à l’autre, passant de 0,90 + 0,16 −0,21 à 0,15 + 0,03 −0,04 fois la Terre densité entre les planètes c et d. En utilisant des modèles bayésiens de recherche de structure intérieure, nous montrons que la quantité de gaz dans les planètes ne varie pas de manière monotone comme on pourrait s’y attendre de simples modèles de formation et d’évolution, contrairement à d’autres systèmes connus en chaîne de résonances de Laplace. La luminosité du TOI-178 (H = 8,76 mag, J = 9,37 mag, V = 11,95 mag) permet une caractérisation précise de son architecture orbitale ainsi que de la nature physique des six planètes en transit actuellement connues qu’il abrite. La configuration orbitale particulière et la diversité de la densité moyenne parmi les planètes du système permettront l’étude des structures intérieures planétaires et de l’évolution atmosphérique, fournissant des indices importants sur la formation des super-Terres et des mini-Neptunes.