À l’heure actuelle, nous avons découvert des centaines d’étoiles avec plusieurs planètes en orbite autour d’elles dispersées dans toute la galaxie. Chacun est unique, mais un système en orbite autour de l’étoile HD 158259, à 88 années-lumière, est vraiment spécial.

L’étoile elle-même a à peu près la même masse et est un peu plus grande que le Soleil – une minorité dans nos chasses aux exoplanètes. Il est en orbite autour de six planètes: une super-Terre et cinq mini-Neptunes.

Après l’avoir surveillé pendant sept ans, les astronomes ont découvert que ces six planètes gravitent autour de HD 158259 dans une résonance orbitale presque parfaite. Cette découverte pourrait nous aider à mieux comprendre les mécanismes de formation du système planétaire et comment ils se retrouvent dans les configurations que nous voyons.

La résonance orbitale se produit lorsque les orbites de deux corps autour de leur corps parent sont étroitement liées, car les deux corps en orbite exercent une influence gravitationnelle l’un sur l’autre. Dans le système solaire, c’est assez rare dans les corps planétaires; le meilleur exemple est probablement Pluton et Neptune.

Ces deux corps sont dans ce qui est décrit comme une résonance orbitale 2: 3. Pour tous les deux tours que Pluton fait autour du Soleil, Neptune en fait trois. C’est comme des barres de musique jouées simultanément, mais avec des signatures temporelles différentes – deux temps pour le premier, trois pour le second.

Les résonances orbitales ont également été identifié dans les exoplanètes. Mais chaque planète en orbite autour de HD 158259 est en résonance presque 3: 2 avec la planète suivante éloignée de l’étoile, également décrite comme un rapport de période de 1,5. Cela signifie que pour chaque trois orbites que fait chaque planète, la suivante en complète deux.

À l’aide de mesures prises à l’aide du Spectrographe SOPHIE et le télescope spatial de chasse aux exoplanètes TESS, une équipe internationale de chercheurs dirigée par l’astronome Nathan Hara de l’Université de Genève en Suisse a pu calculer précisément les orbites de chaque planète.

Ils sont tous très serrés. Commençant le plus près de l’étoile – la super-Terre, révélée par TESS comme étant environ deux fois la masse de la Terre – les orbites sont de 2,17, 3,4, 5,2, 7,9, 12 et 17,4 jours.

Celles-ci produisent des rapports de période de 1,57, 1,51, 1,53, 1,51 et 1,44 entre chaque paire de planètes. Ce n’est pas une résonance tout à fait parfaite, mais elle est suffisamment proche pour classer le HD 158259 comme un système extraordinaire.

Et cela, pensent les chercheurs, est un signe que les planètes en orbite autour de l’étoile ne se sont pas formées là où elles se trouvent actuellement.

« Plusieurs systèmes compacts avec plusieurs planètes dans ou proches de résonances sont connus, tels que TRAPPIST-1 ou Kepler-80, » a expliqué l’astronome Stéphane Udry de l’Université de Genève.

« On pense que de tels systèmes se forment loin de l’étoile avant de migrer vers elle. Dans ce scénario, les résonances jouent un rôle crucial. »

En effet, on pense que ces résonances se produisent lorsque des embryons planétaires dans le disque protoplanétaire grandir et migrer vers l’intérieur, loin du bord extérieur du disque. Cela produit une chaîne de résonance orbitale dans tout le système.

Ensuite, une fois que le gaz restant du disque se dissipe, cela peut déstabiliser les résonances orbitales – et cela pourrait être ce que nous voyons avec HD 158259. Et ces minuscules différences dans les résonances orbitales pourraient nous en dire plus sur la façon dont cette déstabilisation se produit.

« Le départ actuel des ratios de période de 3: 2 contient une mine d’informations, » Hara a dit.

« Avec ces valeurs d’une part, et les modèles d’effet de marée d’autre part, nous pourrions contraindre la structure interne des planètes dans une étude future. En résumé, l’état actuel du système nous donne une fenêtre sur sa formation. »

La recherche a été publiée dans Astronomie et astrophysique.

Une version de cet article a été publiée pour la première fois en avril 2020.