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Découverte d’un système planétaire unique en son genre

En se penchant sur le système planétaire formé autour de l’étoile TOI-178 située à quelque 200 années-lumière de la Terre, dans la constellation du Sculpteur, l’équipe d’Adrien Leleu de l’université suisse de Berne pensait mettre la main sur deux exoplanètes partageant la même orbite. C’est du moins ce que pouvait laisser espérer les observations réalisées antérieurement par le télescope spatial américain TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) dédié à la découverte des mondes extrasolaires. Cela n’a pas été le cas, mais ce qu’ils ont trouvé à la place est aussi rare que déroutant? Autour de TOI-178, il y a en réalité pas moins de six planètes ! Mais ce n’est pas tout. Car leurs déplacements sur leurs orbites respectives semblent réglés comme du papier à musique.

Grâce au télescope spatial européen CHEOPS lancé fin 2019, ces astronomes ont montré que, comme les notes d’une mélodie, les périodes orbitales de cinq de ces planètes (autrement dit le temps qu’elles mettent à faire un tour complet autour de leur étoile), les plus éloignés de TOI-178, étaient en résonance les unes avec les autres. C’est-à-dire que le rapport entre ces périodes est systématiquement une fraction entière simple de type 1/2, 2/3, 3/4? La recette d’un ballet cosmique parfaitement synchronisé !

L’harmonie et le chaos

En l’occurrence, quand la première planète en partant de l’extérieur du système TOI-178 complète trois orbites, la seconde en fait quatre, la troisième six, la quatrième neuf et la cinquième dix-huit. Pour rendre cette synchronisation plus facilement saisissable par les non-spécialistes, les chercheurs ont eu l’idée de transcrire les fréquences de rotation de ces planètes en fréquences sonores pour donner à entendre cette harmonie sous forme d’une mélodie illustrant une animation vidéo. Chaque planète s’est vue attribuée une note qui retentit à chaque fois que la planète effectue une orbite ou une demi-orbite. Voilà ce que cela donne :

Mais il y a encore plus surprenant. Quoique la chaîne de résonance entre les planètes du système TOI-178 soit particulièrement remarquable, c’est un phénomène connu que l’on observe, par exemple, entre trois des lunes de Jupiter : Io, Europa et Ganymède. Sauf que dans les systèmes où règne pareille harmonie, la densité des planètes ou des satellites concernés diminue régulièrement à mesure que l’on s’éloigne du corps autour duquel tous les autres orbitent, qu’ils s’agissent d’une étoile ou d’une planète. Or, dans le système planétaire formé autour de TOI-178, ce n’est pas absolument pas le cas ! On y trouve ainsi une planète aussi dense que la Terre juste à côté d’une planète possédant la moitié de la densité de Neptune qui côtoie elle-même une planète deux fois plus dense dans le chaos apparent le plus total. Ce contraste entre l’harmonie rythmique du mouvement orbital et les densités désordonnées des planètes remet en question la compréhension que les scientifiques ont de la formation et de l’évolution des systèmes planétaires. Voilà, pour eux, un nouveau mystère à élucider.

Six planètes en transit et une chaîne de résonances de Laplace dans TOI-178. A. Leleu, Y. Alibert, NC Hara, MJ Hooton, TG Wilson, P. Robutel, J.-B. Delisle, J. Laskar, S. Hoyer, C. Lovis, EM Bryant, E. Ducrot, J. Cabrera, J. Acton, V. Adibekyan, R. Allart, C. Allende Prieto, R. Alonso, D. Alves, DR Anderson et coll. Astronomy & Astrophysics.

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