Des centaines de planètes extra-solaires, des planètes en orbite autour d’autres étoiles que notre soleil, ont été découverts depuis 1995. Mais c’est seulement dans les dernières années que les astronomes ont observé que, dans certains de ces systèmes, l’étoile est en rotation dans un sens et la planète est en orbite autour de cette étoile dans la direction opposée.
Image d’entête : une pégaside rétrograde, le transit de la planète géante en orbites très proche de l’étoile et dans une direction opposée à la rotation de celle-ci. Cette configuration particulière résulte des perturbations gravitationnelles par une autre planète plus lointaine (en haut à gauche).
Ces étranges planètes sont des bizarreries qui violent toutes les évidences les plus élémentaires de la formation des planètes et des étoiles.
Les planètes en question sont généralement d’énormes planètes appelées Jupiter chaud ou Pégaside, dont l’orbite est très proche de leur étoile. Comprendre comment ces planètes géantes sont si près de leur étoile, ont conduit Frederic A. Rasio, un astrophysicien théorique à l’Université Northwestern et son équipe de recherche, à expliquer aussi leurs orbites inversées .
Ci-dessous, exemple de Pégaside, l’exoplanète Osiris : le rayon de son orbite est de seulement quatre millions de kilomètres, son année ne dure que 3,5 jours terrestres. La température en surface estimée est d’environ 1000°C. Sa masse est environ deux cents fois celle de la Terre, suggérant qu’elle soit probablement une géante gazeuse.
En effectuant des simulations informatiques à grande échelle, les recherches de Rasio sont devenues les premières à modéliser la façon dont une orbite de pégaside peut s’inverser et aller dans la direction opposée à la rotation de son étoile. Les perturbations gravitationnelles, d’une planète plus lointaine, influencent ces pégasides, leur conférant à la fois un "mauvais sens" et une orbite très proche. Les planètes se perturbent mutuellement gravitationnellement, ces perturbations mutuelles peuvent modifier les orbites, comme c’est le cas dans ces systèmes extrasolaires.
En expliquant la configuration particulière d’un système extra-solaire, les chercheurs ont également ajouté à notre compréhension générale de la formation des systèmes planétaires et de leur évolution et ont réfléchi à ce que leurs conclusions pouvaient signifier pour notre système solaire. «Nous pensions que notre système solaire était typique de l’univers, mais dès le premier jour tout a l’air bizarre dans les systèmes planétaires extrasolaires", a déclaré Rasio. " En savoir plus sur ces autres systèmes fournit un contexte sur la façon dont notre système est spécial."
La physique qui a été utilisée par l’équipe de recherche, pour résoudre le problème, est essentiellement la mécanique orbitale (Résonance orbitale). Le même genre de physique que la NASA utilise pour envoyer des satellites dans le système solaire, mais personne n’a remarqué qu’elle pourrait expliquer les pégasides et renversé des orbites.
«Il faut une personne intelligente qui, tout d’abord, effectue les calculs sur papier pour développer un modèle mathématique complet, puis de le transformer en un programme informatique qui résout les équations», a ajouté Rasio. «C’est la seule façon avec laquelle nous pouvons produire des nombres réels pour les comparer avec les mesures réelles prises par les astronomes." Dans leur modèle, les chercheurs prennent une étoile semblable au soleil et un système avec deux planètes. La planète intérieure est une géante gazeuse semblable à Jupiter et elle est tout d’abord loin de son étoile, là où on pense que les planètes du type de Jupiter se formeraient. La planète extérieure est également assez large et est plus loin de l’étoile de la première planète. Elle interagit avec la planète intérieure, la perturbant et secouant le système.
Les effets sur la planète intérieure sont faibles, mais se mettent en place sur une très longue période de temps, ce qui entraine deux changements importants dans le système : la géante gazeuse intérieure tourne au plus près de l’étoile et son orbite est dans la direction opposée à la rotation de l’étoile centrale. Les changements se produisent, selon le modèle, parce que les deux orbites s’échangent le moment angulaire et celle de l’intérieure perd de l’énergie par de fortes marées.
Le couplage gravitationnel entre les deux planètes provoque sur la planète intérieure une orbite excentrique. Elle avait à perdre beaucoup de moments angulaires, ce qui a été effectué en les transférant sur la planète extérieure. L’orbite de la planète intérieure diminue peu à peu parce que l’énergie est dissipée par les marées, les tirant près de l’étoile et la transformant en une pégaside. Dans le processus, l’orbite de la planète peut se retourner.
Le détail de leur découverte sur le site de l’université Northwestern Flipping Hot Jupiters : Research on extrasolar planets helps us better understand our solar system.