De nouvelles observations du système planétaire de WASP-47 suggèrent une formation surprenante

Une équipe dirigée par la chercheure de l’iREx Lauren Weiss a utilisé des observations du W. M. Keck Observatory à Hawaii et du Télescope spatial Kepler pour étudier les 4 planètes connues autour de WASP-47, une étoile similaire au Soleil située à 650 année-lumières. Leur analyse, publiée dans The Astronomical Journal, suggère que le système planétaire intriguant qui se trouve autour de cette étoile se serait peut-être formé en deux étapes bien distinctes.

La plupart des Jupiters chaudes – des planètes géantes situées très proches de leur étoile – sont solitaires. Les astronomes croient que la formation de ces planètes empêche la formation d’autres planètes dans le système. WASP-47 est une exception. Elle possède une Jupiter chaude, deux plus petites planètes qui orbitent autour de l’étoile un peu plus proche et un peu plus loin de l’étoile, ainsi qu’une autre planète géante, beaucoup plus distante. Ces quatre planètes ont été détectées au sol et grâce au Télescope spatial Kepler.

WASP-47 est un rare cas d’une étoile qui possède à la fois une Jupiter chaude et d’autres planètes. Dans ce croquis de Dr Weiss, on voit la Jupiter chaude WASP-47b, qui orbite autour de son étoile en 4.2 jours. Ses voisines immédiates sont plus petites: WASP-47e et d font 1.7 fois et 3.6 fois la taille de la Terre, respectivement, et sont sur des orbites de 0.8 et 9 jours. Une planète géante plus distante prend 600 jours pour parcourir son orbite. (Crédit: L. Weiss)

La nouvelle étude permet de déterminer les masses, les densités, les compositions et les paramètres des orbites des planètes avec grande précision, grâce à des mesures de la vitesse radiale prises avec l’instrument HIRES (du télescope Keck à Hawaii) et des mesures de variation du moment de transit (« Transit Timing Variation ») prises par le satellite Kepler. Seuls quelques systèmes planétaires peuvent être étudiés avec les deux méthodes. La méthode de vitesse radiale, qui mesure le mouvement de l’étoile dû à l’attraction gravitationnelle de toutes ses planètes, peut seulement être utilisée pour des étoiles assez brillantes. La méthode de variation du moment de transit, qui permet d’étudier l’avance ou le retard dans le moment du transit d’une planète dû à la présence des autres planètes, peut seulement être utilisée pour des systèmes où les planètes sont très proches les unes des autres. WASP-47 possède ces deux caractéristiques.

Les résultats très précis, obtenus par Lauren Weiss et son équipe, montrent que les deux planètes géantes WASP-47 b et WASP-47 c sont toutes les deux aussi massives que Jupiter, alors que les petites planètes WASP-47 e et WASP-47 d ont des masses 9 et 14 fois celle de la Terre, respectivement. La majorité de la masse des deux planètes géantes se trouve sous forme de gaz, tandis que les plus petites planètes sont composées en grande partie de roches. WASP-47 e a une densité qui est compatible avec une composition rocheuse comme la Terre, tandis que WASP-47 d a une densité beaucoup plus faible, qui suggère qu’environ 1% de sa masse se trouve dans une épaisse enveloppe de gaz.

Comment WASP-47 b est devenue 40 fois plus massive que ses voisines immédiates? L’équipe propose un nouveau modèle de formation planétaire, appelé la formation planétaire en deux étapes (« two-stages planet formation »). Dans cette hypothèse, les planètes géantes se forment d’abord, et les plus petites se forment ensuite.

Les planètes les plus massives se forment grâce à l’abondance de gaz des premiers instants, dans la nébuleuse primordiale qui donne naissance à l’étoile. Une fois le gaz en partie éjecté et consommé, des planètes moins massives et plus petites se forment.

Un autre aspect intéressant du système, confirmé par cette étude, est que l’orbite de la planète la plus éloignée est excentrique (en forme d’oeuf) alors que celles des des trois planètes les plus proches de l’étoile sont presque circulaires. Les planètes se forment sur des orbites circulaires. Une hypothèse des auteurs de l’étude est qu’une interaction avec une autre planète, pas encore découverte, aurait pu modifier l’orbite de la planète la plus distante.

Plus d’informations

L’article Mass and Eccentricity Constraints in the WASP-47 Planetary System from a Simultaneous Analysis of Radial Velocities & Transit Timing Variations sera publié dans The Astronomical Journal. En plus de Lauren Weiss, l’équipe inclut Katherine Deck, Evan Sinukoff, Erik A. Petigura, Eric Agol, Eve J. Lee, Juliette C. Becker, Andrew W. Howard, Howard Isaacson, Ian J. M. Crossfield, Benjamin J. Fulton et Lea Hirsch.