La planète ne tombe jamais loin de l’étoile

Les étoiles et les planètes se forment à partir du même nuage de gaz et de poussière cosmique. Au cours du processus de création, une partie de la matière se condense et forme des planètes rocheuses, tandis que le reste est soit accrété par l’étoile, soit impliqué dans la formation de planètes gazeuses. L’hypothèse de l’existence d’un lien entre la composition des étoiles et celle de leurs planètes est par conséquent tout à fait concevable et confirmée par exemple par la plupart des planètes rocheuses dans le système solaire (à l’exception de Mercure). Toutefois, les hypothèses, en particulier dans le monde de l’astrophysique, ne se vérifient pas toujours. Dans le cadre d’une étude aujourd’hui publiée dans le magazine spécialisé Science et à laquelle les chercheuses et chercheurs du PRN PlanetS de l’Université de Zurich et de l’Université de Berne ont également participé, l’Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA) au Portugal apporte la première preuve empirique à l’égard de cette hypothèse, et par la même occasion, la contredit en partie.

Étoiles condensées vs. planètes rocheuses

Afin de découvrir s’il existe un lien entre la composition des étoiles et celle de leurs planètes, l’équipe a mis des mesures hautement précises de ces deux corps célestes en comparaison. Concernant les étoiles, l’équipe a mesuré la lumière émise par ces dernières, celle-ci portant l’empreinte spectroscopique caractéristique de leur composition. La composition des planètes rocheuses quant à elle a été déterminée de manière indirecte : leur densité et leur composition ont été déduites à partir de la masse et du rayon mesurés pour ces dernières. Des études probantes de ce type ne sont possibles que depuis peu car ce n’est que récemment que suffisamment de planètes ont été mesurées avec autant de précision.

« Les étoiles et les planètes rocheuses étant de nature très différente, nous n’avons pas pu comparer leur composition directement », déclare Christoph Mordasini, co-auteur de l’étude, enseignant en astrophysique à l’Université de Berne et membre du PRN PlanetS. « À la place, nous avons comparé la composition des planètes avec une version refroidie et théorique de leur étoile. Alors que la majeure partie de la matière de l’étoile, composée avant tout d’hydrogène et d’hélium, reste à l’état gazeux dans le cadre d’un refroidissement, une petite partie, composée de matière rocheuse dont du fer et du silicate, se condense », explique M. Mordasini.

L’Université de Berne est depuis 2003 le théâtre du développement continu du « Modèle bernois de la naissance et du développement des planètes » (voir l’encadré d’information). Christoph Mordasini déclare : « Dans notre modèle, nous combinons les connaissances de divers processus se déroulant lors de la naissance et du développement des planètes. » À l’aide de ce modèle bernois, les chercheuses et chercheurs ont pu calculer la composition de la matière rocheuse de l’étoile refroidie. « Nous l’avons alors comparée avec celle des planètes rocheuses », poursuit M. Mordasini.

Informations sur l’habitabilité des planètes

« Nos résultats montrent que les hypothèses formulées concernant la composition des étoiles et celle de leurs planètes n’étaient pas foncièrement fausses: en effet, la composition des planètes rocheuses est étroitement liée à celle de leur étoile respective. Toutefois, ce lien n’est pas aussi simple que cela », déclare Vardan Adibekyan, auteur principal de l’étude et scientifique à l’IA. Les chercheuses et chercheurs s’attendaient à ce que l’abondance de ces éléments dans l’étoile représente la limite supérieure. « Or, dans certaines planètes, le taux de fer par exemple est plus élevé que dans l’étoile », déclare Caroline Dorn, Ambizione Fellow à l’Université de Zurich et co-auteure de l’étude. « Ceci pourrait être dû à des impacts gigantesques sur ces planètes, au cours desquels une partie de la matière extérieure, plus légère se détache, tandis que le noyau ferreux dense reste », poursuit la chercheuse. Les résultats pourraient donc donner aux chercheuses et chercheurs des éclaircissements sur l’histoire des planètes.

« Les résultats de cette étude s’avèrent également très utiles pour délimiter la composition des planètes, qui est supposée sur la base de la densité calculée à partir de la masse et du rayon mesurés », explique Christoph Mordasini. « Étant donné qu’à une densité spécifique peuvent correspondre plusieurs compositions, les résultats de notre étude nous disent que nous pouvons délimiter les compositions possibles à l’aide de celle de l’étoile correspondante », énonce M. Mordasini. Et étant donné que la composition exacte d’une planète par exemple a une influence sur la quantité de matière radioactive qu’elle contient ou l’intensité de son champ magnétique, elle peut également permettre de déterminer si la planète est habitable ou non.