« Inhabituellement massive » : des astronomes ont découvert une planète qui ne devrait pas exister

Des chercheurs de Penn State ont découvert une planète inhabituellement massive, LHS 3154b, en orbite autour d’une étoile naine ultra-froide. Cette découverte, qui contredit les théories actuelles, incite à réévaluer les processus de formation des étoiles et des planètes.

La découverte d’une planète aussi massive par rapport à son soleil remet en question ce que l’on pensait auparavant de la formation des planètes et de leur système solaire, selon des chercheurs de Penn State.

Dans une recherche publiée le 30 novembre dans la revue les sciencesDes chercheurs ont annoncé la découverte d’une planète de plus de 13 fois la masse de la Terre en orbite autour de l’étoile « ultra-froide » LHS 3154, elle-même neuf fois moins massive que le Soleil. Le rapport entre la masse de la planète nouvellement découverte et celle de son étoile hôte est plus de 100 fois supérieur à celui de la Terre et du Soleil.

Cette vidéo est une représentation artistique du système récemment découvert, LHS 3154, qui contient une planète beaucoup plus grande par rapport à son soleil que ne le prédisent les modèles actuels. Crédit : Abigail Hope Minnich

Remettre en question les théories actuelles

La découverte révèle la planète la plus massive connue en orbite rapprochée autour d’une étoile naine ultra-froide, l’étoile la plus basse et la plus froide de l’univers. Cette découverte va à l’encontre de ce que prédisent les théories actuelles sur la formation de planètes autour de petites étoiles et représente la première fois qu’une planète d’une masse aussi élevée est observée en orbite autour d’une étoile de faible masse.

« Cette découverte montre vraiment à quel point nous savons peu de choses sur l’univers », a déclaré Suvrath Mahadevan, professeur d’astronomie et d’astrophysique à Penn State et co-auteur de l’article. « Nous ne nous attendions pas à une planète aussi massive autour d’une étoile de faible masse. »

Rendu artistique d’une comparaison collective entre LHS 3154, notre Terre et notre Soleil. Crédit : Université d’État de Pennsylvanie

Formation d’étoiles et de planètes

Il a expliqué que les étoiles se forment à partir de grands nuages ​​​​de gaz et de poussière. Après la formation d’une étoile, le gaz et la poussière restent sous forme de disques de matière en orbite autour de l’étoile nouveau-née, qui peuvent éventuellement évoluer en planètes.

« Le disque de formation de planètes autour de l’étoile de faible masse LHS 3154 ne devrait pas avoir suffisamment de masse solide pour former cette planète », a déclaré Mahadevan. « Mais cela existe, nous devons donc maintenant reconsidérer notre compréhension de la formation des planètes et des étoiles. »

Les chercheurs de Penn State, Suvrath Mahadevan et Megan Delamere, expliquent la découverte d’une planète massive en orbite autour d’une petite étoile. Crédit : Université d’État de Pennsylvanie

Détection à l’aide de HPF

Les chercheurs ont observé la planète massive, appelée LHS 3154b, à l’aide d’un spectrographe astronomique construit en Pennsylvanie par une équipe de scientifiques dirigée par Mahadevan. L’outil, appelé Habitable Zone Planet Finder, ou HPF, est conçu pour découvrir les planètes en orbite autour des étoiles les plus froides en dehors de notre système solaire avec un potentiel d’eau liquide – un ingrédient clé de la vie – à leur surface.

Découvrir des planètes autour d’étoiles ultra-froides

Bien qu’il soit très difficile de détecter de telles planètes autour d’étoiles comme notre Soleil, la basse température des étoiles ultra-froides signifie que les planètes capables d’avoir de l’eau liquide à leur surface sont beaucoup plus proches de leur étoile que la Terre et le Soleil. Cette distance plus courte entre ces planètes et leurs étoiles, combinée à la masse plus faible des étoiles ultra-froides, donne lieu à un signal détectable annonçant la présence de la planète, a expliqué Mahadevan.

« Pensez-y comme si une étoile était un feu de camp. Plus le feu se refroidit, plus vous vous rapprochez de ce feu pour rester au chaud », a déclaré Mahadevan. « La même chose est vraie pour les planètes. Si l’étoile est plus froide, la planète devra être plus proche de cette étoile si elle veut être suffisamment chaude pour contenir de l’eau liquide. Si une planète a une orbite suffisamment proche de son étoile ultra-froide, nous pouvons la détecter en observant un très léger changement dans la couleur ou la lumière du spectre de l’étoile lorsqu’elle est entraînée par une planète en orbite.

Rendu artistique de la vue possible depuis LHS 3154b vers son étoile hôte de faible masse. Compte tenu de sa grande masse, LHS 3154b a probablement une composition semblable à celle de Neptune. Crédit : État de Pennsylvanie

Importance du HPF

Situé au télescope Hobby-Eberly de l’observatoire McDonald au Texas, le HPF fournit certaines des mesures de résolution les plus élevées à ce jour des signaux infrarouges provenant d’étoiles proches.

« Faire la découverte avec le HPF était très spécial, car il s’agit d’un nouvel instrument que nous avons conçu, développé et construit de A à Z dans le but d’observer des populations planétaires inconnues autour d’étoiles de masse inférieure », a déclaré Gumundur Stefansson. NASA Boursier Sagan en astrophysique université de Princeton et l’auteur principal de l’article, qui a contribué au développement du HPF et a travaillé sur l’étude en tant qu’étudiant diplômé à Penn State. « Nous en récoltons maintenant les fruits, en apprenant des aspects nouveaux et inattendus de ce groupe passionnant de planètes en orbite autour d’étoiles proches. »

L’outil a déjà fourni des informations importantes dans Découverte et confirmation Stefansson a expliqué qu’il existe de nouvelles planètes, mais que la découverte de la planète LHS 3154b a dépassé toutes les attentes.

Reconsidérer les théories de la formation des planètes

« Sur la base des travaux d’enquête existants avec HPF et d’autres instruments, un objet comme celui que nous avons découvert est probablement extrêmement rare, sa découverte était donc vraiment passionnante », a déclaré Megan Delamere, étudiante diplômée en astronomie à Penn State et co-auteur de la recherche. projet. papier. « Nos théories actuelles sur la formation planétaire ont du mal à expliquer ce que nous voyons. »

Delamere a expliqué que dans le cas de la planète massive découverte en orbite autour de l’étoile LHS 3154, le noyau de la planète lourde déduit des mesures de l’équipe nécessiterait une plus grande quantité de matière solide dans le disque de la planète que ne le prédisent les modèles actuels. Cette découverte soulève également des questions sur la compréhension préalable de la formation des étoiles, car le rapport masse/poussière/gaz dans le disque circumstellaire comme LHS 3154 – lorsqu’il était jeune et nouvellement formé – devait être dix fois plus élevé. D’après ce qui a été observé afin de former une planète massive comme celle découverte par l’équipe.

« Ce que nous avons découvert constitue un test extrême pour toutes les théories existantes sur la formation des planètes », a déclaré Mahadevan. « C’est exactement ce pour quoi nous avons construit le HPF, découvrir comment les étoiles les plus courantes de notre galaxie forment des planètes – et trouver ces planètes. »

Référence : « A Neptune-Masse Exoplanète « En orbite rapprochée autour d’une étoile de faible masse défie les modèles de formation » par Gumundur Stefansson, Suvrath Mahadevan, Yamila Miguel, Paul Robertson, Megan Delamere, Shubham Kanodia, Caleb I. Kanias, Joshua N. Wynn, Joe B. Neenan, Ryan C. Therrien, Ray Holcomb, Eric B. Ford, Brianna Zawadzki, Brendan B. Bowler, Chad F. Bender, William D. Cochran, Scott Diddams, Michael Endell, Connor Frederick, Samuel Halverson, Fred Harty, Gary J. Hill, Andrea S. J. Lane, Andrew J. Metcalf, Andrew Munson, Lawrence Ramsay, Arpita Roy, Christian Schwab, Jason T. Wright et Gregory Zeman, 30 novembre 2023, les sciences.
est ce que je: 10.1126/science.abo0233

Les autres auteurs de Penn State participant à l’article sont Eric Ford, Brianna Zawadzki, Fred Harty, Andrea Lin, Lawrence Ramsay et Jason Wright. Les autres auteurs de cet article sont Joshua Wen de l’Université de Princeton, Yamila Miguel de l’Université de Leiden, Paul Robertson de l’Université de Californie à Irvine, Ray Holcomb de l’Université de Californie et Shubham Kanodia de l’Université de Californie. Institution Carnegie pour la scienceCaleb Kanias du Goddard Space Flight Center de la NASA, Joe Neenan du Tata Fundamental Research Institute de l’Inde, Ryan Therrien du Carleton College, Brendan Bowler, William Cochran, Michael Endel et Gary Hill de l’Université du Texas à Austin et Chad Bender de l’Université du Texas à Austin. Université d’Arizona, Scott Diddams, Connor Frederick et Andrew Metcalf de l’Université du Colorado, Samuel Halvorson du Jet Propulsion Laboratory du California Institute of Technology, Andrew Munson de l’Université d’Arizona, Arpita Roy de l’Université Johns Hopkins, Christian Schwab de Macquarie University en Australie et Gregory Zeeman du Hobby Telescope et Eberly de l’Université du Texas à Austin.

Ce travail a été financé par le Center for Exoplanets and Habitable Worlds de Penn State, le Space Grant Consortium de Pennsylvanie, la National Aeronautics and Space Administration, la National Science Foundation et la Fondation Hysing-Simons.