Possédant des densités étrangement disparates, les planètes composant TOI-178 ne suivent aucun ordre particulier — © ESA

Des astronomes ont repéré un système exoplanétaire dont les mondes possèdent des orbites inhabituellement ordonnées et des densités disparates. La quasi-totalité d’entre elles tournent autour de l’étoile dans une rare danse rythmique connue sous le nom de chaîne de résonance.

Une « chorégraphie » millimétrée

Situé à environ 200 années-lumière de la Terre dans la constellation du Sculpteur, le système TOI-178 abrite six planètes, nommées selon la convention habituelle (TOI-178b à g). Pour découvrir ces dernières, les satellites se sont appuyés sur le satellite CHEOPS, le Very Large Telescope (VLT) et l’Observatoire du Cerro Paranal, et ont employé deux méthodes distinctes : le transit, consistant à mesurer régulièrement la luminosité d’une étoile afin de détecter une baisse périodique associée au passage d’une exoplanète, et les vitesses radiales, où le spectre lumineux de l’astre change en raison de l’influence gravitationnelle des planètes.

D’une taille semblable à la Terre à trois fois plus grande, et d’une masse comprise entre 1,5 et 30 Terres, ces mondes sont tous situés beaucoup plus près de leur étoile que notre planète ne l’est du Soleil (avec des « années » allant de quelques jours à quelques mois). Les deux premiers s’avèrent être des super-Terres rocheuses, tandis que les quatre autres s’apparentent à des mini-Neptunes gazeuses.

Les chercheurs ont constaté que leurs orbites étaient particulièrement étranges : cinq des planètes se trouvent en effet enfermées dans une chaîne de résonance précise, ce qui signifie qu’elles s’alignent régulièrement après avoir accompli un nombre précis d’orbites. En partant de l’étoile, la chaîne, qui se trouve être l’une des plus longues jamais observées, suit le schéma suivant : 18:9:6:4:3. Ce qui signifie que pour trois orbites effectuées par la planète la plus éloignée, la seconde en réalise quatre, la troisième six, la quatrième neuf et la cinquième dix-huit.

Animation illustrant les orbites et les mouvements des planètes au sein du système TOI-178. Le mouvement rythmique des planètes autour de l’étoile centrale est représenté par une harmonie musicale, créée en attribuant une note (dans la gamme pentatonique) à chacune des planètes de la chaîne de résonance.

Si cette particularité peut au premier abord s’apparenter à une coïncidence anecdotique, un tel schéma de résonance peut aider les astronomes à mieux comprendre la formation de ce système exoplanétaire. D’après les auteurs de ces nouvelles recherches, publiées dans la revue Astronomy & Astrophysics, elles suggèrent une histoire relativement paisible pour le système TOI-178, avec un faible nombre de collisions.

« Les orbites de ce système sont très bien ordonnées, ce qui indique que ce dernier a évolué assez calmement depuis sa naissance », souligne Yann Alibert, co-auteur de l’étude.

Des planètes aux densités étrangement disparates

Cet ordre semble toutefois s’appliquer uniquement aux orbites de ces planètes. Alors que celles qui composent notre Système solaire sont (plus ou moins) classées par densité (les mondes denses et rocheux de Mercure, Vénus, la Terre et Mars sont les plus proches de notre astre, suivis des géants gazeux et glacés beaucoup moins denses que sont Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune), un tel agencement n’a pas cours au sein du système TOI-178.

« Il semble qu’il y ait une planète aussi dense que la Terre juste à côté d’une planète très vaporeuse possédant une densité 50 % plus faible que celle de Neptune, suivie par une planète d’une densité équivalente à Neptune », avance le chercheur Nathan Hara. « Ce n’est pas ce à quoi nous sommes habitués. »

À l’instar de l’existence de planètes improbables, découvrir comment ces planètes se sont retrouvées dans cette configuration aléatoire tout en conservant leur fragile résonance orbitale pourrait bouleverser profondément notre compréhension de la formation des systèmes planétaires et de leur évolution au fil du temps.

Vue d’artiste du système TOI-178 — © ESO / L. Calçada / spaceengine.org

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