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03 mars 2006

La masse d'une étoile conditionne-t-elle la masse de ses planètes ?

Les découvertes de planètes extrasolaires nourrissent l'espoir de trouver des mondes habités mais ils permettent aussi de nourrir les débats scientifiques.
Les étoiles de type naine rouge(type spectral M) représentent l'écrasante majorité des étoiles dans notre Galaxie(~80%).
La masse des naines rouges s'étend de 0,3 à 0,08 masses solaires. Elles sont peu lumineuses. Les chercheurs de planètes ont trouvé quelques planètes autour de naines rouges proches. De ces quelques découvertes, il ressort un déficit de planètes joviennes(1 x jupiter = 318 masses terrestres) et une domination statistique des planètes neptuniennes( Neptune = 17 masses terrestres) et sub-neptuniennes.
Voici toutes les planètes détectées autour de naines rouges(ce sont des masses minimum calculées ou une masse moyenne pour le dernier cas) =>

- Gliese 581 b : 0,056 mJup ou 17 m.Terrestres (planète neptunienne)
- Gliese 876 b : 1,935 mJup ou 615 m.Terrestres (planète jovienne)
- Gliese 876 c : 0,56 mJup ou 178 m.Terrestres (planète jovienne)
- Gliese 876 d : 0,023 mJup ou 7,3 m.Terrestres (planète sub-neptunienne)
- GJ 436 b : 0,067 mJup ou 21 m.Terrestres (planète neptunienne)
- OGLE-05-390L b : 0,018 mJup ou 5,5 m.Terrestres (planète sub-neptunienne)
- OGLE-05-169L b : 0,043 mJup ou 13 m.Terrestres (planète sub-neptunienne) ***découverte publiée le 14 mars 2006***

Parmi ces planètes orbitant autour d'une étoile naine rouge, il a donc 2 planètes joviennes, 2 planètes neptuniennes et 3 planètes sub-neptuniennes(ou super-telluriques pour certaines).


Ce constat a amené une nouvelle question au sein de la communauté astronomique :

- Y-a-t-il une corrélation entre la masse des étoiles et leurs compagnons planétaires ? Autrement dit, y-a-t-il une prédominance de planètes "légères" autour des étoiles peu massives et parallèlement un excédent de planètes/naines brunes( entre 13 et 80 m.Jup) "lourdes" autour d'étoiles plus massives (types spectraux F,A et B) ?

C'est peut-être bien le cas ! Intéressons nous maintenant aux étoiles plus massives( plus de 1,2 masses solaires environ).
L'équipe européenne de chercheurs de planètes(Michel Mayor, Didier Queloz entre autres) a annoncée la découverte d'une naine brune d'une masse minimum de 25 "Jupiters" autour d'une chaude étoile(type spectral A9 ) de 1,7 masses solaires.
Cette même équipe avait annoncée il y a quelques mois la découverte d'une planète d'une masse minimum de 9,1 jupiters autour d'une étoile de 1,25 masses solaires(type spectral F6).

Selons les données actuelles sur les planètes extrasolaires, rares sont les étoiles de type solaire ayant des compagnons aussi massifs que les 2 cas présentés ci-dessus.
La thèse soutenant donc qu'il y a une corrélation entre masse de l'étoile et masse des compagnons(planétaires et naines-brunes) semble solide.
Mais pour relativiser ce constat, il convient de souligner la petitesse de l'échantillon de planètes qui ne permet pas de dégager une vérité à ce sujet.

Ajoutons enfin que la relative rareté de planètes joviennes autour des étoiles naines rouges semble conforme au scénario de formation des géantes gazeuses via un coeur solide. Ce scénario prévoit l'accrétion d'un noyau massif (plusieurs masses terrestres) puis la capture du gaz présent dans le disque protoplanétaire.
Cependant, autour des naines rouges(selon les travaux théoriques), la formation du coeur solide tend à être plus longue et le gaz se dissipe en quelques millions d'années, avant que le noyau capture ce gaz. Il reste donc logiquement, à l'issue de cette dissipation, un noyau solide de plusieurs masses terrestres(5 à 15) avec peu de gaz(ou pas),ce qui semble corroborer la domination des planètes neptuniennes et sub-neptuniennes(pour l'instant) autour des naines rouges.
=> Sur la formation des géantes gazeuses(un autre débat là encore) : http://www.aim.ufr-physique.univ-paris7.fr/CHARNOZ/homepage/SYSTEME_SOLAIRE/Chap2.htm