En février 2017, les scientifiques de la NASA ont annoncé l'existence de sept planètes terrestres (c'est-à-dire rocheuses) dans le système d'étoiles TRAPPIST-1. Depuis ce temps, le système a été le point focal de recherches intenses pour déterminer si l'une de ces planètes pourrait être habitable ou non. Dans le même temps, les astronomes se demandent si toutes les planètes du système sont réellement prises en compte.
Par exemple, ce système pourrait-il avoir des géantes gazeuses qui se cachent dans ses confins extérieurs, comme le font de nombreux autres systèmes avec des planètes rocheuses (par exemple, la nôtre)? C'est la question qu'une équipe de scientifiques, dirigée par des chercheurs du Carnegie Institute of Science, a cherché à résoudre dans une étude récente. Selon leurs découvertes, TRAPPIST-1 pourrait être orbité par des géantes gazeuses à une distance beaucoup plus grande que ses sept planètes rocheuses.
L'étude, intitulée «Contraintes astrométriques sur les masses des planètes géantes gazeuses à longue période dans le système planétaire TRAPPIST-1», a récemment paru dans Le journal astronomique. Comme ils l'indiquent dans leur étude, l'équipe s'est appuyée sur des observations de suivi faites sur TRAPPIST-1 sur une période de cinq ans (de 2011 à 2016) en utilisant le télescope du Pont à l'Observatoire de Las Campanas au Chili.
À l'aide de ces observations, ils ont cherché à déterminer si TRAPPIST-1 pouvait avoir des géantes gazeuses non détectées auparavant en orbite dans les limites extérieures du système. Comme l'explique le Dr Alan Boss - astrophysicien et scientifique planétaire du Département de magnétisme terrestre du Carnegie Institute et auteur principal du document - dans un communiqué de presse de Carnegie:
«Un certain nombre d'autres systèmes stellaires comprenant des planètes de la taille de la Terre et des super-Terres abritent également au moins une géante gazeuse. Donc, demander si ces sept planètes ont des frères et sœurs géants gazeux avec des orbites à plus longue période est une question importante. »
Pendant des années, Boss a mené une enquête sur la chasse aux exoplanètes avec les co-auteurs de l'étude - Alycia J. Weinberger, Ian B. Thompson et al. - connue sous le nom de Carnegie Astrometric Planet Search. Cette enquête repose sur la caméra de recherche de planète astrométrique Carnegie (CAPSCam), un instrument du télécope du Pont qui recherche des planètes extrasolaires en utilisant la méthode astrométrique.
Cette méthode indirecte de recherche d'exoplanètes détermine la présence de planètes autour d'une étoile en mesurant l'oscillation de cette étoile hôte autour du centre de masse du système (alias son barycentre). À l'aide de CAPSCam, Boss et ses collègues se sont appuyés sur plusieurs années d'observations de TRAPPIST-1 pour déterminer les limites de masse supérieures pour toute géante gazeuse potentielle en orbite dans le système.
À partir de cela, ils ont conclu que les planètes qui atteignaient 4,6 masses de Jupiter pouvaient orbiter l'étoile avec une période d'un an. De plus, ils ont découvert que des planètes atteignant 1,6 masse de Jupiter pouvaient orbiter autour de l'étoile avec des périodes de 5 ans. En d'autres termes, il est possible que TRAPPIST-1 ait des géantes gazeuses à longue période en orbite autour de sa portée extérieure, de la même manière que les géantes gazeuses à longue période existent au-delà de l'orbite de Mars dans le système solaire.
Si cela est vrai, l’existence de ces planètes géantes pourrait résoudre un débat en cours sur la formation des géantes gazeuses du système solaire. Selon la théorie la plus largement acceptée sur la formation du système solaire (c.-à-d. L'hypothèse nébulaire), le soleil et les planètes sont nés d'une nébuleuse de gaz et de poussière. Après que ce nuage eut subi un effondrement gravitationnel au centre, formant le Soleil, la poussière et le gaz restants s'aplatirent en un disque l'entourant.
La Terre et les autres planètes terrestres (Mercure, Vénus et Mars) se sont toutes formées plus près du Soleil à cause de l'accrétion de minéraux et de métaux silicatés. En ce qui concerne les géants du gaz, il existe certaines théories concurrentes sur la façon dont ils se sont formés. Dans un scénario, connu sous le nom de théorie de l'accumulation de noyau, les géants gazeux ont également commencé à s'accréter à partir de matériaux solides (formant un noyau solide) qui sont devenus suffisamment grands pour attirer une enveloppe de gaz environnant.
Une explication concurrente - connue sous le nom de théorie de l'instabilité du disque - prétend qu'ils se sont formés lorsque le disque de gaz et de poussière a pris une formation de bras en spirale (semblable à une galaxie). Ces bras ont alors commencé à augmenter en masse et en densité, formant des amas qui se sont rapidement fusionnés pour former des géants gazeux. À l'aide de modèles informatiques, Boss et ses collègues ont examiné les deux théories pour voir si des géantes gazeuses pourraient se former autour d'une étoile de faible masse comme TRAPPIST-1.
Alors que l'accrétion du noyau n'était pas probable, la théorie de l'instabilité du disque a indiqué que des géantes gazeuses pouvaient se former autour de TRAPPIST-1 et d'autres étoiles naines rouges de faible masse. En tant que telle, cette étude fournit un cadre théorique pour l'existence de géantes gazeuses dans les systèmes d'étoiles naines rouges qui sont déjà connus pour avoir des planètes rocheuses. C'est certainement une nouvelle encourageante pour les chasseurs d'exoplanètes étant donné que la série de planètes rocheuses a été découverte récemment en orbite autour de naines rouges.
Outre TRAPPIST-1, il s'agit de l'exoplanète la plus proche du système solaire (Proxima b), ainsi que de LHS 1140b, Gliese 581g, Gliese 625b et Gliese 682c. Mais comme Boss l'a également noté, cette recherche en est encore à ses balbutiements, et beaucoup plus de recherches et de discussions doivent avoir lieu avant que quoi que ce soit puisse être dit de manière concluante. Heureusement, des études comme celle-ci aident à ouvrir la porte à de telles études et discussions.
«Les planètes géantes gazeuses trouvées sur des orbites à longue période autour de TRAPPIST-1 pourraient remettre en question la théorie de l'accrétion du noyau, mais pas nécessairement la théorie de l'instabilité du disque», a déclaré Boss. "Il y a beaucoup d'espace pour une enquête plus approfondie entre les orbites à plus longue période que nous avons étudiées ici et les orbites très courtes des sept planètes TRAPPIST-1 connues."
Boss et son équipe affirment également que des observations continues avec la CAPSCam et des améliorations supplémentaires dans son pipeline d'analyse de données détecteront toutes les planètes à longue période ou imposeront une contrainte encore plus stricte sur leurs limites de masse supérieures. Et bien sûr, le déploiement de télescopes infrarouges de nouvelle génération, tels que le télescope spatial James Webb, aidera à la chasse aux géantes gazeuses autour des étoiles naines rouges.
