L'étude des planètes extra-solaires a révélé des choses fantastiques et fascinantes. Par exemple, sur les milliers de planètes découvertes jusqu'à présent, beaucoup ont été beaucoup plus grandes que leurs homologues solaires. Par exemple, la plupart des géantes gazeuses qui ont été observées en orbite proche de leurs étoiles (aka. "Hot Jupiters") ont une masse similaire à Jupiter ou Saturne, mais ont également été beaucoup plus grandes.
Depuis que les astronomes ont imposé des contraintes sur la taille d'un géant du gaz extra-solaire il y a sept ans, le mystère de la raison pour laquelle ces planètes sont si massives a perduré. Grâce à la récente découverte de planètes jumelles dans les systèmes K2-132 et K2-97 - réalisée par une équipe de l'Institut d'astronomie de l'Université d'Hawaï à l'aide de données Kepler mission - les scientifiques pensent que nous nous rapprochons de la réponse.
L'étude qui détaille la découverte - «Voir double avec K2: Test de regonflage avec deux planètes remarquablement similaires autour d'étoiles de branche géantes rouges »- récemment paru dans The Astrophysical Journal. L'équipe était dirigée par Samuel K. Grunblatt, un étudiant diplômé de l'Université d'Hawaï, et comprenait des membres du Sydney Institute for Astronomy (SIfA), de Caltech, du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), de la NASA Goddard Space Flight Center , l'Institut SETI et plusieurs universités et instituts de recherche.
En raison de la nature «chaude» de ces planètes, leur taille inhabituelle serait liée à la chaleur qui entre et sort de leur atmosphère. Plusieurs théories ont été développées pour expliquer ce processus, mais aucun moyen de les tester n'était disponible. Comme l'explique Grunblatt, «puisque nous n'avons pas des millions d'années pour voir comment un système planétaire particulier évolue, les théories de l'inflation de la planète ont été difficiles à prouver ou à réfuter.»
Pour y remédier, Grunblatt et ses collègues ont recherché dans les données collectées par la NASA Kepler mission (en particulier de sa K2 mission) pour rechercher des «Jupiter chauds» en orbite autour d’étoiles géantes rouges. Ce sont des étoiles qui ont quitté la séquence principale de leur durée de vie et sont entrées dans la phase Red Giant Branch (RGB), qui se caractérise par une expansion massive et une diminution de la température de surface.
En conséquence, les géants rouges peuvent dépasser les planètes qui orbitent étroitement vers eux tandis que les planètes qui étaient autrefois distantes commenceront à orbiter étroitement. Conformément à une théorie avancée par Eric Lopez - un membre de la Direction des sciences et de l'exploration de la NASA Goddard -, Jupiter chaud que les géantes rouges en orbite devraient se gonfler si la production d'énergie directe de leur étoile hôte est le processus dominant gonflant les planètes.
Jusqu'à présent, leur recherche a révélé deux planètes - K2-132b et K2-97 b - qui étaient presque identiques en termes de périodes orbitales (9 jours), de rayons et de masses. Sur la base de leurs observations, l'équipe a pu calculer avec précision les rayons des deux planètes et déterminer qu'ils étaient 30% plus grands que Jupiter. Observations de suivi du W.M. L'observatoire Keck de Maunakea, à Hawaï, a également montré que les planètes n'étaient qu'à moitié aussi massives que Jupiter.
L'équipe a ensuite utilisé des modèles pour suivre l'évolution des planètes et de leurs étoiles au fil du temps, ce qui leur a permis de calculer la quantité de chaleur absorbée par les planètes de leurs étoiles. Comme cette chaleur se transférait de leurs couches externes vers leurs intérieurs profonds, les planètes ont augmenté de taille et diminué de densité. Leurs résultats ont indiqué que même si les planètes avaient probablement besoin de l'augmentation du rayonnement pour se gonfler, la quantité qu'elles avaient obtenue était inférieure à celle attendue.
Bien que l'étude soit de portée limitée, l'étude de Grunblatt et de son équipe est conforme à la théorie selon laquelle les énormes géantes gazeuses sont gonflées par la chaleur de leurs étoiles hôtes. Il est renforcé par d'autres éléments de preuve qui suggèrent que le rayonnement stellaire est tout ce dont un géant gazeux a besoin pour modifier considérablement sa taille et sa densité. C'est certainement important, étant donné que notre propre Soleil sortira un jour de sa séquence principale, ce qui aura un effet drastique sur notre système de planètes.
En tant que tel, l'étude des étoiles géantes rouges lointaines et de ce que traversent leurs planètes aidera les astronomes à prédire ce que notre système solaire vivra, quoique dans quelques milliards d'années. Comme Grunblatt l'a expliqué dans un communiqué de presse IfA:
«L'étude de la façon dont l'évolution stellaire affecte les planètes est une nouvelle frontière, aussi bien dans d'autres systèmes solaires que dans le nôtre. Avec une meilleure idée de la façon dont les planètes répondent à ces changements, nous pouvons commencer à déterminer comment l’évolution du Soleil affectera l’atmosphère, les océans et la vie ici sur Terre. »
Il est à espérer que les futures enquêtes consacrées à l'étude des géantes gazeuses autour d'étoiles géantes rouges aideront à régler le débat entre les théories concurrentes de l'inflation des planètes. Pour leurs efforts, Grunblatt et son équipe ont récemment obtenu du temps avec le télescope spatial Spitzer de la NASA, qu'ils prévoient d'utiliser pour effectuer d'autres observations du K2-132 et du K2-97, et de leurs géants gaziers respectifs.
La recherche de planètes autour d'étoiles géantes rouges devrait également s'intensifier dans les années à venir avec le déploiement du satellite transitoire d'enquête sur les exoplanètes (TESS) de la NASA et du télescope spatial James Webb (JWST). Ces missions seront lancées en 2018 et 2019, respectivement, tandis que la mission K2 devrait durer au moins une autre année.
