Depuis 20 ans, les exoplanètes qu’on nomme « Jupiters chauds » défient les astronomes parce qu'elles sont très proches de leurs étoiles, à un endoit où elles n'ont pas pu se former. Donc elles ont migré. Mais à quel moment de leur histoire ? Le sujet vient de s'enrichir d'un cas étonnant : un très jeune Jupiter chaud tout près d’un bébé soleil. De quoi mieux comprendre la formation et l’évolution des systèmes planétaires.

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    C'est en scrutant une étoile d'à peine deux millions d'années (c'est l'équivalent stellaire d'un nourrisson d'une semaine), baptisée V830 Tau, qu'une équipe internationale d'astronomesastronomes a découvert le plus jeune Jupiter chaud. Après un mois et demi d'observations au cœur de la pouponnière stellaire du Taureau, l'une des plus proches de nous, à environ 430 années-lumière de la Terre, l'équipe a détecté une variation régulière de la vitesse de l'étoile, révélant la présence d'une planète presque aussi massive que JupiterJupiter, sur une orbite 20 fois plus resserrée que celle de la Terre autour du Soleil.

    Cette découverte démontre pour la première fois que les Jupiters chaudsJupiters chauds apparaissent très tôt, lors de la phase de formation des systèmes planétaires, sur laquelle ils ont donc un impact majeur. Rappelons que dans notre Système solaireSystème solaire, les petites planètes rocheusesplanètes rocheuses comme la Terre gravitent près du Soleil (environ 150 millions de kilomètres, soit 1 unité astronomiqueunité astronomique, ou UA) alors que les géantes gazeusesgéantes gazeuses patrouillent bien plus loin : 5,2 UA pour Jupiter et 9,5 pour SaturneSaturne, les deux plus grosses. D'où l'étonnement de la communauté scientifique devant les premières exoplanètesexoplanètes détectées, tel 51 Pegasi b, qui étaient des géantes côtoyant leur étoile de très près.

    Le plus jeune Jupiter chaud connu aujourd’hui, détecté autour de l’étoile en formation V830 Tau, évolue dans la toile magnétique de l’étoile (les lignes blanches et bleues), ce qui complique la découverte de telles planètes. © Jean-François Donati

    Le plus jeune Jupiter chaud connu aujourd’hui, détecté autour de l’étoile en formation V830 Tau, évolue dans la toile magnétique de l’étoile (les lignes blanches et bleues), ce qui complique la découverte de telles planètes. © Jean-François Donati

    Une migration précoce

    Les travaux théoriques nous apprennent que ces planètes ne peuvent se former que dans les confins glacés du disque protoplanétairedisque protoplanétaire, donnant naissance à l'étoile centrale et à son cortège de planètes. Certaines d'entre elles migrent vers l'étoile sans y tomber, devenant dès lors des Jupiters chauds.

    Les modèles théoriques prédisent deux périodes possibles de migration. La géante peut commencer son déménagement dans son enfance, alors qu'elle se nourrit encore (surtout d'hydrogènehydrogène) au sein du disque primordial, par accrétionaccrétion. Elle peut aussi migrer bien plus tard, lorsque les nombreuses planètes formées interagissent et propulsent certaines d'entre elles au voisinage immédiat de l'étoile.

    Parmi les Jupiters chauds connus, certains possèdent justement une orbite inclinée, voire inversée, suggérant qu'ils ont été précipités vers l'étoile par d'ombrageuses voisines. Cette découverte d'un Jupiter chaud très jeune confirme donc que la migration précoce au sein du disque est bien, elle aussi, opérationnelle dans le cas des planètes géantesplanètes géantes.

    Les distorsions du spectre lumineux induites par l’activité de l’étoile (flèche bleue) et par sa planète (flèche verte). La flèche rouge montre les deux effets combinés. L’effet est amplifié d’un facteur 20. Voir l'animation <a href="http://www.ast.obs-mip.fr/users/donati/v830tau_spot_planet_prof15.gif" target="_blank">ici</a> (68 Mo). © Jean-François Donati

    Les distorsions du spectre lumineux induites par l’activité de l’étoile (flèche bleue) et par sa planète (flèche verte). La flèche rouge montre les deux effets combinés. L’effet est amplifié d’un facteur 20. Voir l'animation ici (68 Mo). © Jean-François Donati

    Spirou verra encore mieux ces géantes

    Détecter des planètes autour d'étoiles très jeunes s'avère un vrai défi observationnel, car ces étoiles se révèlent être des monstres en comparaison de notre Soleil : leur intense activité magnétique perturbe en effet la lumière émise par l'étoile d'une façon bien plus marquée que ne peut le faire une éventuelle planète géante, même en orbite rapprochée.

    L'une des prouesses de l'équipe a été de séparer le signal dû à l'activité de l'étoile de celui engendré par la planète. Pour cette découverte, l'équipe a utilisé les spectropolarimètres (instruments qui permettent de mesurer le champ magnétiquechamp magnétique des étoiles) jumeaux EspadonsEspadons et NarvalNarval, conçus et construits à l'Irap (Institut de recherche en astrophysiqueastrophysique et planétologie).

    Espadons (Echelle SpectroPolarimetric Device for the Observation of Stars) est installé au CFHTCFHT, le télescopetélescope Canada-France-Hawaï au sommet du Mauna Kea, un volcanvolcan endormi de la grande île de l'archipelarchipel d'Hawaï. Quant à Narval, il est monté sur le télescope Bernard LyotBernard Lyot (TBL, OMP), au sommet du pic du Midi de Bigorre, dans les Pyrénées.

    L'utilisation combinée de ces deux télescopes et du Gemini d'Hawaï s'est avérée essentielle pour obtenir la continuité requise dans le suivi de V830 Tau. Avec Spirou et SPIP, les spectropolarimètres à infrarougesinfrarouges de nouvelle génération construits à l'Irap pour le CFHT et le TBL, et dont la mise en service est prévue en 2017 et 2019, les performances seront largement améliorées, ce qui permettra d'étudier avec une sensibilité encore accrue la formation des nouveaux mondes.

    Ces travaux, dirigés par des chercheurs de l'Irap, du CNRS, Université Toulouse III - Paul Sabatier, en collaboration, entre autres, avec des collègues de l'Institut de planétologie et d'astrophysique de Grenoble (CNRS, université Grenoble Alpes) sont publiés ce lundi 20 juin 2016 dans la revue Nature.