Surprise ! Des exoplanètes peuvent se former aussi autour des étoiles massives

Le regretté André Brahic avait l'habitude de dire que l'exploration du Système solaire menée avec des sondes comme celles des missions Voyager en premier lieu avait montré son extraordinaire diversité et avait amené son lot de surprises. Il en est clairement de même avec les exoplanètes et il suffit de se rappeler de la réaction des astrophysiciensastrophysiciens lors des découvertes en série de Jupiters chaudesJupiters chaudes au début de notre exploration de ces mondes. Il avait alors fallu faire intervenir des processus de migrations planétaires dont on n'imaginait pas vraiment encore l'importance dans la cosmogonie.

Aujourd'hui, une nouvelle surprise vient des observations d'une équipe internationale d'astronomesastronomes ayant utilisé l'instrument Sphere (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch) installé sur le Very Large TelescopeVery Large Telescope de l'Observatoire européen austral (le VLT de l'Eso) au Chili.

Cette carte montre l'emplacement du système b Centauri, la paire d'étoiles la plus massive et la plus chaude accueillant une planète à ce jour. Cette carte montre la plupart des étoiles visibles à l'œil nu dans de bonnes conditions et le système lui-même est marqué d'un cercle rouge. © Eso, IAU and Sky & Telescope

Un système binaire avec une étoile massive de type B

Il leur a permis de faire un zoom sur l'étoile b Centauri située à environ 325 années-lumière du Soleil dans la Voie lactéeVoie lactée et que l'on peut voir à l'œilœil nu dans la constellationconstellation du Centaure. Il ne s'agit donc pas d'une des étoiles du système triple Alpha Centauri qui est à seulement 4,3 années-lumière environ. Toutefois, b Centauri, également connu sous le nom de HIP 71865 comme l'explique un communiqué de l'Eso, est elle-même une étoile double.

Il est clair que b Centauri est membre du catalogue HipparcosHipparcos (HIP) qui est un catalogue d'étoiles résultant de la mission spatiale astrométrique Hipparcos de l'Esa précédant la mission GaiaGaia entre novembre 1989 et mars 1993 et qui a permis d'obtenir la parallaxeparallaxe de 118.218 étoiles proches avec une précision d'une milliseconde d'arc.

En ce qui concerne la dénomination de b Centauri, elle suit les règles introduites par l'astronome Johann Bayer (1572-1625) dans son Uranometria, le premier atlas couvrant toute la sphère céleste. Elles consistent essentiellement à prendre une lettre grecque suivie par le génitif du nom de la constellation où l'étoile se trouve.

Mais pourquoi b Centauri est-elle sur le devant de la scène aujourd'hui au point de faire l'objet d'une publication dans le journal Nature ?

Cette image montre b Centauri, la paire d'étoiles la plus massive observée à ce jour abritant une planète, et sa planète géante b Centauri b. La paire d'étoiles est l'objet brillant dans le coin supérieur gauche de l'image, les anneaux lumineux et sombres qui l'entourent étant des artefacts optiques. La planète, visible comme un point brillant dans le coin inférieur droit de l'image (indiquée par une flèche), est dix fois plus massive que Jupiter. L'autre point brillant de l'image (en haut à droite) est une étoile de fond. En prenant différentes images à différents moments, les astronomes ont pu distinguer la planète des étoiles de fond. L'image a été prise à l'aide d'un coronographe qui a bloqué la lumière du système d'étoiles massives et a permis aux astronomes de détecter la faible planète. © ESO/Janson et al.

Un début d'explication est donné par Markus Janson, astronome à l'université de Stockholm (Suède) et premier auteur de l'article : « La découverte d'une planète autour de b Centauri est très enthousiasmante car elle change complètement l'image des étoiles massives en tant qu'hôtes de planètes ».

En effet, le catalogue des exoplanètes vient de s'enrichir de b Centauri b et son existence est inattendue car b Centauri contient environ 6 massesmasses solaires avec notamment une étoile de type B, plus massive que le Soleil donc ; or on s'attendait à ce que le rayonnement de ce genre de système binairesystème binaire massif inhibe la formation d'exoplanètes.

« Les étoiles de type B sont généralement considérées comme des environnements assez destructeurs et dangereux, et l'on pensait qu'il serait extrêmement difficile de former de grandes planètes autour d'elles », explique en effet Markus Janson dans un communiqué de l'Eso accompagnant la publication dans Nature.

De fait, jusqu'à présent, aucune planète n'avait été repérée autour d'une étoile plus de trois fois plus massive que le Soleil. Mais b Centauri b est bel et bien réelle quoique à une distance équivalente à 100 fois celle de Jupiter au Soleil en orbiteorbite autour de b Centauri.

Une exoplanète avec 10 fois la masse de Jupiter

La collègue et coauteur de Markus Janson, Gayathri Viswanath, doctorante à l'université de Stockholm, explique également dans le communiqué de l'Eso que « la planète de b Centauri est un monde extraterrestre dans un environnement complètement différent de celui que nous connaissons ici sur Terre et dans notre Système solaire. C'est un environnement dur, dominé par des radiations extrêmes, où tout est à une échelle gigantesque : les étoiles sont plus grandes, la planète est plus grande, les distances sont plus grandes ».

La conjonctionconjonction de la théorie de la structure stellaire, qui décrit les propriétés des étoiles et l'origine de ces propriétés, combinée à celle de la formation des Systèmes planétaires, conduit à penser que les étoiles d'au moins plusieurs masses solaires doivent souffler bien plus rapidement que ne l'a fait le jeune Soleil ou de jeunes étoiles moins massives que lui -- le gazgaz et la poussière du disque protoplanétairedisque protoplanétaire les entourant initialement --, de sorte que la formation d'exoplanètes devrait être très difficile, voire impossible.

On sait en effet que le rayonnement peut exercer une pressionpression sur la matièrematière, on le voit en partie avec les comètescomètes mais surtout c'est lui qui s'oppose à la contraction gravitationnelle des étoiles sur la séquence principaleséquence principale.

Or, comme on l'a dit, l'étoile principale de b Centauri est une étoile dite de type B, plus de trois fois plus chaude que le Soleil. On calcule facilement avec cette température qu'elle doit émettre de grandes quantités de rayonnements ultravioletsultraviolets et de rayons Xrayons X qui auraient dû entraîner une évaporation rapide d'un disque protoplanétaire associé à cette étoile double.

Les modèles cosmogoniques sont pour le moment muets sur l'existence de b Centauri b qui est l'une des exoplanètes les plus massives jamais découvertes avec plus de 10 fois la masse de Jupiter. Tout au plus, peut-on remarquer qu'étant aussi l'une des exoplanètes sur une des orbites les plus larges jamais découvertes, cet éloignement de l'étoile principale pourrait avoir contribuer à assurer sa formation.

On en saura peut-être plus dans quelques années quand la mise en service de l'ELTELT (Extremely Large Telescope) permettra de faire un nouveau zoom sur b Centauri.