Comment les planètes géantes deviennent-elles excentriques ?

La grande majorité des exoplanètes géantes (les planètes 100 fois plus lourdes que la Terre) observées ont des orbites très « excentriques » : leur trajectoire ne suit pas un cercle, contrairement à la Terre, mais une ellipse allongée comme un ballon de rugby. En simulant l’évolution des exoplanètes géantes dans le disque de gaz où elles se forment, des chercheurs de l’IRAP ont trouvé une explication. Les orbites de ces planètes peuvent devenir excentriques en quelques milliers d’années lorsqu’elles tombent dans une région vide de gaz (cavité).

Les planètes se forment dans un disque de gaz et de poussière autour de l’étoile, le disque protoplanétaire, dont le rayon peut atteindre plusieurs centaines de fois la distance Terre-Soleil. À l’intérieur du disque, les planètes peuvent migrer et se rapprocher de l’étoile, mais la gravité que le gaz exerce sur la planète l’empêche de devenir excentrique. D’où l’idée de l’étude : que se passe-t-il si le gaz présente une cavité centrale, comme un donut ? De nombreux disques ont été observés avec une telle cavité en leur sein, parfois plus grande que la taille de l’orbite terrestre. Le résultat est clair : lorsque la planète tombe dans la cavité, les interactions avec le disque externe entrainent une augmentation très rapide de l’excentricité, en quelques dizaines de milliers d’années seulement ! Ce résultat propose donc une explication possible à l’origine de l’excentricité observée des planètes géantes. De plus, il suggère que la présence d’une cavité centrale serait une étape courante dans l’évolution des disques protoplanétaires.

Au vu des orbites presque circulaires de Jupiter et Saturne, ce mécanisme n’a pas eu lieu dans le Système solaire. C’est plutôt une bonne nouvelle : si les planètes géantes proches de la Terre étaient sur des orbites très excentriques, nous ne serions probablement pas là pour le remarquer !

Représentation d’une planète géante en orbite dans une cavité de gaz autour d’une étoile centrale. La densité de gaz est représentée par les niveaux d’orange et l’orbite de la planète en pointillés. La planète et l’étoile ne sont pas à l’échelle.

En savoir plus

Revisiting migration in a disc cavity to explain the high eccentricities of warm Jupiters – Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 500, Issue 2 Florian Debras, Clément Baruteau, Jean-François Donati https://doi.org/10.1093/mnras/staa3397

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