Une planète géante orbitant autour d'une étoile naine intrigue les astronomes

Des scientifiques ont découvert une planète géante gazeuse orbitant autour d'une étoile naine, une combinaison rare que les astrophysiciens peinent à expliquer.

L'étoile TOI-6894 ressemble à beaucoup d'autres dans notre galaxie. C'est une naine rouge, une étoile de petite taille, de faible luminosité et de faible masse: environ 20% seulement de celle de notre Soleil.

Les planétologues ont longtemps estimé que de telles étoiles ne pouvaient pas fournir les conditions nécessaires à la formation et à l'hébergement de planètes géantes.
Mais une équipe internationale d'astronomes a détecté la signature indéniable d'une planète gazeuse orbitant autour de la minuscule TOI-6894, selon une étude publiée mercredi dans Nature Astronomy.

TOI-6894 est désormais la plus petite étoile connue à abriter une planète géante.
Celle-ci, baptisée TOI-6894b, a un rayon légèrement supérieur à celui de Saturne, mais seulement la moitié de sa masse. Elle fait le tour de son étoile en 3,36 jours à peine.

Pour la découvrir, l'équipe internationale a mené des observations à l'aide des données photométriques du satellite TESS (Transiting exoplanet survey satellite), dans le cadre d'une campagne de recherche de planètes géantes orbitant autour de planètes naines.
L'existence de la TOI-6894b a ensuite été confirmée par des télescopes au sol, notamment le Very large telescope (VLT) au Chili.

"La plupart des étoiles de notre galaxie sont des petites étoiles comme celle-ci, avec une faible masse, et l'on pensait jusqu'ici qu'elles ne pouvaient pas héberger de planètes géantes gazeuses. Le fait que cette étoile en abrite une a donc de grandes implications pour le nombre total estimé de planètes géantes dans notre galaxie", souligne dans un communiqué un des coauteurs, Daniel Bayliss, professeur associé à l'université de Warwick (Royaume-Uni).

"C'est une découverte intrigante. Nous ne comprenons pas vraiment comment une étoile avec si peu de masse peut former une planète aussi massive ! C'est l'un des objectifs de la recherche d'exoplanètes: en trouvant des systèmes planétaires différents de notre système solaire, nous pouvons tester nos modèles et mieux comprendre la formation du nôtre", ajoute Vincent Van Eylen, coauteur de l'étude et chercheur au laboratoire de science spatiale Mullard (Royaume-Uni).

La théorie dominante pour expliquer la formation planétaire est celle du noyau d'accrétion. Le processus débute dans le disque protoplanétaire, une structure de gaz et de poussières qui entoure une étoile nouvellement formée.
Un noyau planétaire s'y forme par accrétion, c'est-à-dire par accumulation progressive de matières.

En devenant massif, ce noyau attire des gaz qui forment une atmosphère dense. Puis l'accrétion du gaz s'emballe de façon incontrôlée pour former une géante gazeuse.

Selon cette théorie, la formation des planètes géantes est plus difficile autour d'étoiles de faible masse car la quantité de gaz et de poussières dans le disque protoplanétaire est trop limitée pour permettre la formation d'un noyau suffisamment massif et le déclenchement du processus d'accrétion gazeuse incontrôlée
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Une théorie alternative explique la formation de telles planètes par instabilité gravitationnelle. Le disque protoplanétaire peut devenir instable sous l'effet de sa propre gravité et se fragmenter, le gaz et les poussières s'effondrant pour former une planète.
Mais les données disponibles ne permettent pas non plus d'expliquer la formation de TOI-6894b à partir de cette théorie.

Une piste pour éclairer l'origine de cette planète sera l'étude détaillée de la composition de son atmosphère. Elle pourra apporter de précieuses indications sur la taille et la structure de son noyau.

Cette atmosphère intéresse aussi les astronomes pour d'autres raisons, qui en font une "cible de choix" pour de nouvelles recherches, soulignent les auteurs.

Alors que la plupart des exoplanètes géantes gazeuses détectées jusqu'à présent sont du type Jupiter chaud, avec des températures comprises entre 1.000 et 2.000 kelvins, TOI-6894b est inhabituellement froide. Il n'y fait que 420 kelvins (146,85°C).
Les scientifiques pensent aussi que son atmosphère est dominée par la chimie du méthane, un cas "extrêmement rare à détecter".

L'atmosphère de la planète est déjà programmée pour être observée par le télescope spatial James Webb dans les 12 prochains mois.