Pourquoi les planètes les plus grosses gravitent autour des étoiles les plus massives ?

Les personnes de grande taille ont souvent des parents de grande taille, alors que les personnes de petite taille, généralement pas. Ce constat immémorial trouva son explication dans la génétique. À certains égards, les étoiles et les planètes ont des relations similaires. Par exemple, les étoiles sont plus vieilles que leurs planètes, elles sont plus grosses et contrôlent une grande partie de ce qui arrive aux planètes qu'elles hébergent. Mais jusqu'où cette analogieanalogie est-elle valable ? Les étoiles « transmettent-elles » certaines de leurs caractéristiques aux planètes qui les orbitent, par exemple leur taille ? Les résultats d'une nouvelle étude publiée dans la revue Astronomy & Astrophysics suggèrent que c'est au moins en partie vrai.

Une énigme cosmique

Michael Lozovsky, premier auteur de l'étude, ancien doctorant à l'université de Zurich et associé au Pôle de recherche national (PRN) suisse PlanetS, explique : « au cours des dernières années, les astronomesastronomes ont découvert que les étoiles plus massives ont tendance à héberger des planètes plus grandes. Bien que cela semble intuitif à première vue, la raison derrière cela n'est pas évidente et il n'y a pas eu de tentatives rigoureuses pour l'expliquer. »

Contrairement aux enfants, les planètes ne sont pas « enfantées » par leur étoile. Elles se forment à partir du même gaz et de la même poussière, avec un certain retard - les étoiles commencent à se former plus tôt -, mais l'étoile n'est souvent pas mature lorsque les planètes commencent à apparaître. Une forme de « patrimoine », comme chez l'être humain, n'est donc pas la raison pour laquelle les étoiles massives hébergent des planètes plus grandes.

Mais les trois théories suivantes, que Lozovsky et ses collègues ont formulées, pourraient expliquer le modèle.

• Les planètes autour d'étoiles plus massives sont plus chaudes : les étoiles plus grosses sont plus chaudes et émettent plus d'énergie que les étoiles plus petites. Cela réchauffe plus fortement les planètes environnantes et, à mesure que les planètes deviennent plus chaudes, elles gonflent et deviennent plus grosses.

• Les planètes autour d'étoiles plus massives sont plus massives : puisque la taille d'une planète augmente avec sa masse, il se pourrait que les étoiles plus massives hébergent des planètes plus grosses simplement parce que les planètes elles-mêmes sont également plus massives.

• Les planètes autour d'étoiles plus massives ont des atmosphères plus légères : l'atmosphèreatmosphère entourant la planète peut également être un facteur important pour sa taille. Si les étoiles plus grandes ont tendance à héberger des planètes avec des atmosphères constituées de gaz légers tels que l'hydrogène et l'hélium, cela pourrait également expliquer leur plus grande taille et la tendance observée.

Illustration montrant des étoiles plus massives qui ont tendance à héberger des planètes plus grandes. Les planètes et les étoiles ne sont pas à l'échelle. © Michael Lozovsky

Des gaz légers pour des grosses planètes

À l'aide des bases de donnéesbases de données de la Nasa, l'équipe a d'abord examiné les informations disponibles sur des milliers de planètes, comme la température et la taille. « Si les planètes plus grandes étaient effectivement plus chaudes, cela aurait été visible dans les données. Cependant, ce que nous avons trouvé était le contraire : les planètes les plus chaudes sont parfois encore plus petites, possiblement parce que le fort rayonnement stellaire évapore une partie de leur atmosphère », explique Lozovsky.

Tester les deux autres théories nécessitait plus que des statistiques. « À l'aide de modèles informatiques dédiés, nous avons simulé l'évolution de la taille des planètes lorsque leur masse augmentait », explique Lozovsky. Ce que l'équipe a découvert, c'est que les planètes ne deviennent pas significativement plus grosses pour une masse ajoutée donnée, mais qu'elles deviennent plutôt plus denses. Par conséquent, les chercheurs ont également rejeté cette explication et se sont retrouvés avec la troisième théorie, affirmant que la plus grande taille des planètes provient de parts plus élevées de gaz légers. « Cette fois, nous avons trouvé un signal clair : la variation de la composition des planètes a eu un effet important sur leur taille et pourrait donc expliquer la relation observée avec la masse des étoiles. Cela nous indique également que les étoiles plus grandes ont tendance à héberger des planètes avec des atmosphères plus massives », rapporte le chercheur.

« Les résultats nous aident non seulement à estimer quels types de planètes sont susceptibles d'orbiter autour d'une étoile donnée, mais pourraient également nous aider à combler des lacunes dans notre compréhension de la formation des planètes », explique Ravit Helled, coauteure de l'étude, membre du PRN PlanetS et professeur d'astronomie informatique à l'université de Zurich. Sur la base de leurs découvertes, les chercheurs concluent que les planètes autour des étoiles plus grandes ont tendance à collecter des gaz plus rapidement au cours de leur formation. Ceci est important, car le gazgaz et la poussière à partir desquels les planètes se forment commencent à s'évaporer à mesure que l'étoile grandit et rayonne plus fortement. Ainsi, les planètes n'ont qu'un temps limité pour grandir et acquérir ce dont elles ont besoin pour leur existence future - un peu comme les enfants, dont on attend qu'ils finissent par voler de leurs propres ailes.