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Collision géante entre deux planètes

Enquête « archéologique » sur le système planétaire Kepler 107


Une planète trois fois plus dense que sa voisine et plus proche de leur étoile, tel est l’indice qui a conduit des astrophysiciens du CEA-Irfu et leurs partenaires sur la piste d’une collision géante entre deux planètes. Un événement semblable aurait affecté notre Terre et serait à l’origine de la Lune.

Publié le 4 février 2019

Une collaboration internationale, impliquant le CEA-Irfu, a participé à l’étude d’un système exoplanétaire, Kepler-107, et a révélé une distribution étonnante de ses 4 planètes dont deux semblent résulter d’un impact géant. C’est grâce à l’astérosismologie (l’étude des vibrations d’étoiles) et à la modélisation des transits planétaires, que les chercheurs ont pu déterminer la masse et le rayon de l’étoile centrale et de ses planètes avec une grande précision et mis en évidence la densité inhabituelle d’une des planètes. Cette anomalie peut être expliquée par une collision entre planètes, semblable sans doute à celle qui a affecté la Terre dans le passé pour former la Lune. Ces résultats sont publiés dans la revue Nature Astronomy du 4 février 2019.

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Schéma de la diversité des 4 planètes entourant l'étoile Kepler-107. La planète Kepler-107c, la plus dense, n'est pas la plus proche de l'étoile comme attendu. Cette anomalie pourrait s'expliquer par une collision de cette planète avec un autre corps céleste.



Que peut-il arriver à des planètes rocheuses, une fois qu’elles sont formées ?

Les planètes les plus proches de leur étoile peuvent voir leur surface s’évaporer sous l’effet des rayonnements stellaires X et UV. Observée à plusieurs reprises, cette « photoévaporation » tend à les alléger, leur cœur métallique étant plus dense que leur couche externe.

Par ailleurs, toutes les planètes peuvent en principe être affectées par une collision avec un corps de grande taille comme une autre planète mais jusqu’à présent, aucune preuve de tels impacts n’a pu être apportée. L’observation de l’anomalie d’un système planétaire pourrait bien changer la donne.
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Image tirée d'une simulation hydrodynamique d'une collision frontale à grande vitesse entre deux planètes de 10 fois la masse de la Terre. Les couleurs représentent la température croissante du gris vers l'orange, le jaune et le rouge. Ces collisions éjectent une grande quantité de la matière moins dense de l'enveloppe de la planète, laissant la planète restante avec un noyau à haute densité important et à haute teneur en fer, similaire aux caractéristiques observées de Kepler-107c. © Z. M. Leinhardt and T. Denman (Univ. Bristol)

Cette découverte ouvre de nouvelles perspectives pour la compréhension de la formation et l’évolution des systèmes extrasolaires. Il souligne également l’importance de la physique stellaire pour ce champ de recherche : connaître une planète, c’est d’abord connaître son étoile hôte. Dans ce contexte, l’astérosismologie est devenue au cours de la dernière décennie une des méthodes principales pour caractériser de façon très précise les étoiles et le restera certainement dans les années à venir, notamment grâce aux missions spatiales pour la découverte d’exoplanètes, TESS (NASA) et PLATO (ESA).



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