EXOPLANÈTES ou PLANÈTES EXTRASOLAIRES

Formation et évolution des exoplanètes

Le scénario accepté de formation des planètes du système solaire considère que celles-ci se sont constituées dans un disque de gaz et de grains microscopiques de poussières, tournant autour d’un Soleil n’ayant pas encore atteint son état d’équilibre. Au sein de ce disque se seraient développés des grains de plus en plus gros, puis des corps solides appelés planétésimaux, d’une dimension atteignant quelques kilomètres, formant les briques de base de la formation des planètes. Deux zones sont à distinguer dans ce disque : une zone externe, dans laquelle les molécules contenant de l’hydrogène – élément le plus abondant dans le disque –, telles que l’eau ou l’ammoniac, sont organisées sous forme de glaces ; une zone interne, dans laquelle ces molécules sont dans un état liquide ou gazeux. On appelle « ligne des glaces » la région qui sépare ces deux zones. Sa distance à l’étoile varie en fonction de la température de celle-ci, et donc de sa masse (plus la masse de l’étoile est importante, plus sa température est élevée), et de son âge (l’étoile se refroidissant au cours du temps). Dans le cas du Soleil, cette distance est aujourd’hui d’environ 3 ua et marque la séparation entre la région où se trouvent les planètes telluriques et celle où orbitent les planètes géantes. Au-delà de la ligne des glaces, la densité de matière solide disponible augmentant de manière très importante et abrupte, les planétésimaux pourraient s’agréger rapidement entre eux pour former des noyaux solides d’une dizaine de masses terrestres, lesquels devenant à leur tour assez massifs pour attirer, en quelques millions d’années au plus, de très grandes quantités de gaz, formant ainsi les planètes géantes et gazeuses. En deçà de cette ligne des glaces, les planétésimaux se seraient agglomérés plus lentement, en quelques dizaines de millions d’années, pour former des planètes telluriques bien moins massives et rocheuses.

Qu’en est-il des processus de formation des exoplanètes ? Les observations effectuées depuis le milieu des années 1990 démontrent l’existence de disques protoplanétaires et la présence de sillages dans ces disques, en lien possibleavec la formation planétaire. Deux exemples spectaculaires sont ceux des étoiles jeunes HL Tauri (1 million d’années) et TW Hydrae (8 millions d’années). Les images obtenues avec le radiotélescope interférométrique ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), installé dans le nord du Chili, révèlent la présence de plusieurs anneaux dans ces disques, entre lesquels des exoplanètes pourraient être en cours de formation. Les disques protoplanétaires contiennent beaucoup de gaz et un peu de poussières (1 p. 100 de leur masse), constituées principalement de grains de silicates. Les observations montrent que l’essentiel du gaz disparaît du disque après quelques millions d’années. Les planètes géantes, essentiellement constituées de gaz, doivent donc s’être formées avant cette éjection du gaz, et cette formation est nécessairement un processus rapide. Certaines étoiles, un peu plus âgées (quelques dizaines de millions d’années), révèlent des disques de poussières dépourvus, ou presque, de gaz, appelés disques de débris. Sous l’action de divers processus de destruction, notamment la pression exercée par la lumière des étoiles (pression de radiation), les poussières présentes dans les disques de débris ont des durées de vie très inférieures à l’âge du système. Elles doivent donc être produites continuellement, par collision de cailloux ou évaporation d’objets glacés de plus grande taille. Les disques de débris représentent un stade de l’évolution du système, dans lequel les planètes géantes se sont déjà formées et d’éventuelles planètes telluriques sont en cours de développement à partir des planétésimaux. Un prototype de disque de débris est celui de β Pictoris.[...]

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Écrit par

Anne-Marie LAGRANGE : directeur de recherche au CNRS, astrophysicienne
Pierre LÉNA : professeur émérite de l'université Paris-VII-Denis-Diderot, membre de l'Académie des sciences

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<strong>ß</strong><strong> Pictoris b</strong> - crédits : Lagrange et al/ ESO — ß **Pictoris b**

Lagrange et al/ ESO

Les exoplanètes et leurs caractéristiques - crédits : Encyclopædia Universalis France — Les exoplanètes et leurs caractéristiques

Encyclopædia Universalis France

L’étoile HR 8799 et ses exoplanètes - crédits : Conseil national de recherches du Canada, C. Marois & Keck Observatory — L’étoile HR 8799 et ses exoplanètes

Conseil national de recherches du Canada, C. Marois & Keck Observatory

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