La découverte d’une exoplanète massive, dont la masse est proche de celle de Neptune, en orbite autour de l’étoile naine LHS 3154, remet en question les modèles théoriques de formation des planètes. L’exoplanète, qui a une masse au moins 13 fois supérieure à celle de la Terre, orbite autour d’une étoile 9 fois moins massive que le Soleil, démontrant que les petites étoiles peuvent parfois accueillir des planètes plus grandes que ce que l’on pensait auparavant.

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    Selon les estimations, notre Galaxie, la Voie lactée, abrite entre 100 et 400 milliards d'étoiles, chacune étant susceptible d'héberger une ou plusieurs planètes. À ce jour, plus de 5 000 exoplanètes - des planètes qui orbitent autour d'une autre étoile que le Soleil - ont été détectées, et la caractérisation de chacune d'entre elles (par exemple, leur masse, leur composition ou leur distance à leur étoile hôte) contribue à notre compréhension de la formation des systèmes planétaires.

    Les processus qui mènent à leur façonnement sont en effet depuis longtemps au cœur des interrogations des astronomesastronomes, que ce soit pour mieux comprendre la formation de notre propre Système solaireSystème solaire, ou même pour déterminer l'ensemble des mécanismes favorables à l'apparition de la vie sur des exoplanètesexoplanètes potentiellement habitables. Et la grande diversité des systèmes stellairessystèmes stellaires ou planétaires aujourd'hui observés permet aux scientifiques d'avancer des théories et hypothèses englobant l'ensemble de ces observations, afin d'établir des lois valables pour la genèse de tous les systèmes planétaires imaginables.

    En 2015, le télescope spatial Kepler détectait dans la Voie lactée plusieurs exoplanètes vraisemblablement similaires à la Terre. © Nasa , Ames, JPL-Caltech
    En 2015, le télescope spatial Kepler détectait dans la Voie lactée plusieurs exoplanètes vraisemblablement similaires à la Terre. © Nasa , Ames, JPL-Caltech

    Des théories sur la formation des systèmes planétaires encore en évolution

    Ainsi, selon les modèles les plus communément acceptés par les scientifiques, une étoile se forme à partir d'un gigantesque nuagenuage de gazgaz interstellaire, principalement composé d'hydrogènehydrogène et d'héliumhélium. D'infimes variations de densité au sein du nuage poussent ce dernier à progressivement se contracter sur lui-même, les gaz étant attirés vers le centre pour former la jeune étoile via un processus appelé effondrementeffondrement gravitationnel. Si la très grande majorité des gaz du nuage se retrouve concentrée dans l'étoile (notre Soleil représente par exemple à lui seul 99 % de la masse du Système solaire), le reste se met à tournoyer autour, formant ce que les astronomes appellent le disque protoplanétaire. C'est dans ce dernier que se forment les planètes, au fil des collisions successives entre les gaz et les poussières du disque. Les poussières s'agrandissent en blocs de plus en plus gros, jusqu'à former des planétésimaux - des embryonsembryons de planètes qui évoluent dans un disque protoplanétairedisque protoplanétaire. Si ces planétésimaux sont assez massifs, ils peuvent par la suite attirer les gaz environnants, pour former les géantes gazeusesgéantes gazeuses.

    Selon ces principes, la masse de l'étoile centrale d'un système planétaire marque une limite quant à la masse maximale des planètes qu'elle abrite. Et les simulations de formations planétaires le montrent : les étoiles peu massives (typiquement cinq à dix fois plus légères que notre Soleil) ne sont pas censées abriter près d'elles des planètes présentant plus de cinq fois la masse de la Terre. Mais la récente découverte d'une nouvelle exoplanète, orbitant à une cinquantaine d'années-lumièreannées-lumière de nous autour de l'étoile naineétoile naine LHS 3154, semble remettre en question ces modèles théoriques. L'exoplanète a une masse proche de celle de NeptuneNeptune (environ 13 fois la masse de la Terre), et orbiteorbite en seulement 3,7 jours autour d'une étoile neuf fois moins massive que le Soleil. Les scientifiques font état de leur découverte dans la revue Science.

    Une planète qui ne devrait pas exister ?

    Avant la découverte de cette exoplanète, les scientifiques s'accordaient à penser que les étoiles de type naine rougenaine rouge (du même type que LHS 3154) ne pouvaient pas accueillir dans leur environnement proche des planètes plus massives que Neptune. Les seules planètes massives détectées autour de ce type d'étoiles étaient d'ailleurs très éloignées de ces dernières ; et à ce jour, les simulations numériquessimulations numériques de formations planétaires n'admettent pas la possibilité qu'une planète aussi imposante puisse orbiterorbiter si proche d'une étoile si peu massive. Selon les auteurs, l'existence de cette exoplanète aberrante ne peut être expliquée par les modèles théoriques de formations planétaires actuellement admis.

    Cette animation montre la formation d'un disque protoplanétaire, dans lequel se forment les planètes en quelques millions d'années au fil de collisions successives. © ExploreAstro

    Pourtant, cette exoplanète est bel et bien réelle, et les scientifiques cherchent à comprendre, en l'état actuel des connaissances, comment elle a pu se former. En considérant que les modèles théoriques de formations planétaires sont valables, les auteurs de l'étude estiment que lors de la formation de l'étoile LHS 3154, le disque protoplanétaire autour d'elle aurait dû être jusqu'à 10 fois plus dense que ce qui est typiquement observé pour pouvoir former si proche d'elle une planète si massive. Ce genre de découverte est un exemple typique de l'évolution constante de la science, qui cherche continuellement à admettre chaque nouvelle observation comme un pas en avant dans notre compréhension du monde qui nous entoure, afin d'établir des modèles ou lois capables d'englober et d'expliquer l'ensemble de nos connaissances.