Alors que les dernières prédictions scientifiques sont plutôt favorables quant à la découverte d’une jumelle de la Terre en 2013, des astronomes ont évalué à au moins 100 milliards le nombre de planètes dans notre galaxie.

Une nouvelle étude menée par des astronomes de l’Institut de Technologie de Californie (Caltech) a fourni une preuve de plus que les systèmes planétaires sont la norme cosmique. L’équipe a fait son estimation lors de l’analyse des planètes orbitant autour d’une étoile appelée Kepler-32, des planètes qui, selon eux, sont représentatives de la grande majorité de la galaxie et sont donc idéales pour comprendre comment la plupart des planètes se forment.

Selon John Johnson, professeur adjoint en astronomie planétaire à Caltech et co-auteur de l’étude, qui a récemment été accepté pour publication (lien plus bas) :

Il y a au moins 100 milliards de planètes dans la galaxie, juste notre galaxie. C’est ahurissant !

Fondamentalement, il y a une planète par étoile.

Le système planétaire en question, qui a été détecté par le télescope spatial Kepler, contient cinq planètes. L’existence de deux de ces planètes a déjà été confirmée par d’autres astronomes. L’équipe de Caltech a confirmé les trois autres et a ensuite analysé le système à cinq planètes pour le comparer à d’autres systèmes trouvés par la mission Kepler.

Les planètes gravitent autour d’une étoile qui est une naine M (ou naine rouge), un type d’étoile qui représentent environ les trois quarts de toutes les étoiles de la Voie lactée. Les cinq planètes, qui ont une taille similaire à la Terre et en orbite proche de leur étoile, sont également typiques de la classe de planètes que le télescope a découverte en orbite autour d’autres naines M. par conséquent, la majorité des planètes dans la galaxie ont probablement des caractéristiques comparables à celles de ces 5 planètes.

Bien que ce système particulier peut ne pas être unique, ce qui le place un peu à part c’est son orientation : les orbites des planètes sont situées dans un plan qui est positionné de telle sorte que Kepler les a vus par la bordure/tranche du système. En raison de cette rare orientation, chaque planète bloque la lumière de l’étoile Kepler-32 alors qu’elle passe entre l’étoile et le télescope Kepler (transit). En analysant les changements de luminosité de l’étoile, les astronomes ont pu déterminer les caractéristiques des planètes, comme leurs tailles et leurs périodes orbitales. Cette orientation donne donc l’occasion d’étudier le système avec plus de détails, et parce que les planètes représentent la grande majorité de celles qui sont censées peupler la galaxie, selon l’équipe de chercheurs, ce système pourrait également aider les astronomes à mieux comprendre la formation des planètes en général.

L’une des questions fondamentales, quant à l’origine des planètes, est de savoir combien il y en a. Comme le groupe de Caltech, d’autres équipes d’astronomes ont estimé qu’il y a environ une planète par étoile, mais c’est la première fois que les chercheurs ont fait une telle estimation par l’étude des systèmes liés aux Naines rouges, la population la plus nombreuse de planètes connues.

Pour faire ce calcul, l’équipe de Caltech a déterminé la probabilité qu’un système naine rouge se présente par sa tranche, comme Kepler-32. En combinant cette probabilité avec le nombre de systèmes planétaires que Kepler est capable de détecter, les astronomes ont estimé qu’il y a, en moyenne, une planète pour chacune des quelque 100 milliards d’étoiles dans la galaxie. Mais leur analyse ne considère que les planètes qui sont sur des orbites proches, autour de leurs naines M, pas les planètes extérieures à ce type de système, ou celles en orbite autour d’autres types d’étoiles. En conséquence, disent-ils, leur estimation est prudente. En fait, une estimation plus précise, qui inclut des données provenant d’autres analyses, pourrait conduire à une moyenne de deux planètes par étoile.

Les systèmes avec une naine M, tels que Kepler-32, sont tout à fait différents de notre propre système solaire. D’une part, les naines M sont moins chaudes et plus petites que le soleil. Kepler-32, par exemple, a la moitié de la masse du soleil et la moitié de son rayon. Le rayon de ses cinq planètes est de 0,8 à 2,7 fois celui de la Terre et ces planètes orbitent très près de leur étoile. L’ensemble du système prend place dans un peu plus d’un dixième d’unité astronomique (la distance moyenne entre la Terre et le soleil), une distance qui représente environ un tiers du rayon de l’orbite de Mercure autour du Soleil. Selon Johnson, le fait que les systèmes de naines rouges soient beaucoup plus nombreux que les autres types de systèmes porte une implication profonde, qui est que notre système solaire est extrêmement rare.

Le fait que les planètes de ces systèmes sont si proches de leurs étoiles ne signifie pas nécessairement qu’elles soient en surchauffes, des enfers impropres à la vie. En effet, en raison de la petite taille et de la ‘”fraicheur” des naines M , leur zone tempérée, également connue sous le terme de « zone habitable », la région où l’eau à l’état liquide peut exister, est aussi davantage situé vers l’intérieur. Même si seulement la plus à l’extérieur des 5 planètes de Kepler-32 se trouve dans sa zone tempérée, de nombreux autres systèmes (à la naine M) ont plus de planètes qui sont situé exactement dans leurs zones tempérées.

On ne sait pas encore comment le système Kepler-32 s’est formé, mais l’équipe explique que son analyse impose des contraintes sur les mécanismes possibles. Par exemple, les résultats suggèrent que les planètes se sont toutes formées plus loin de l’étoile qu’ils ne le sont maintenant et ont migré vers l’intérieur au fil du temps. Comme toutes les planètes, celles autour de Kepler-32 se sont formées à partir d’un disque proto-planétaire, un disque de poussières et de gaz qui, une fois agglutinées, ont formé des planètes autour de l’étoile, comme ce très récent exemple capté par un télescope terrestre et décrit dans mon article : Prise sur le fait : la formation d’une géante gazeuse. Les astronomes estiment que la masse du disque, dans la région des cinq planètes, représentait à eu près trois Jupiters. Mais d’autres études de disques protoplanétaires ont montré que trois fois la masse de Jupiter ne peut être coincée dans une si petite zone, si proche d’une étoile, ce qui suggère à l’équipe de Caltech que les planètes autour de Kepler-32 se sont initialement formées plus loin.

D’autres caractéristiques prouvées se lient au fait que les naines M brillent davantage et sont plus chaudes quand elles sont jeunes, lorsque les planètes se seraient formées. Kepler-32 aurait été trop chaude pour de la poussière, les ingrédients primordiaux pour la formation d’une planète, pour exister dans une telle proximité de l’étoile. Auparavant, d’autres astronomes ont déterminé que la troisième et quatrième planète de l’étoile ne serait pas très dense, ce qui signifie qu’elles sont probablement constituées de composés volatils comme du dioxyde de carbone, du méthane, ou d’autres gaz. Cependant, ces composés volatils n’auraient pas pu exister dans les zones les plus chaudes, près de l’étoile.

Enfin, les astronomes du Caltech ont découvert que trois des planètes ont des orbites qui sont liées les unes aux autres d’une manière très spécifique. La période orbitale d’une planète dure deux fois plus longtemps que l’autre et celle de la troisième planète est trois fois plus longue que la précédente. Les planètes ne se sont pas retrouvées immédiatement dans cette disposition après leur formation. Au lieu de cela, les planètes doivent avoir commencé leurs orbites plus loin de l’étoile avant de se déplacer vers l’intérieur au fil du temps, pour s’installer dans leur configuration actuelle.

Les implications d’une galaxie qui regorge de planètes vont très loin, selon les chercheurs. “C’est vraiment fondamental du point de vue de nos origines”, dit Swift, qui note que, parce que les naines M brillent principalement dans la lumière infrarouge, ses étoiles sont invisibles à l’œil nu.

Kepler nous a permis de lever les yeux vers le ciel et de savoir qu’il y a plus de planètes que d’étoiles, que nous pouvons voir là-bas.

L’étude publiée sur The Astrophysical Journal : Characterizing the cool KOIS IV: Kepler-32 as a prototype for the formation of compact planetary systems throughout the galaxy. L’annonce sur le site de l’Université Caltech : Planets Abound.