Les tailles que peuvent atteindre les planètes géantes pourraient être bien plus importantes que ce que l'on estimait.
Le système HR 8799, situé à environ 133 années-lumière de la Terre, abrite quatre géantes gazeuses dont les masses s'étendent de cinq à dix fois celle de Jupiter. Ces objets se trouvent à la frontière floue entre les planètes et les naines brunes, ces dernières étant souvent appelées "étoiles ratées". Pour analyser ces mondes, les chercheurs ont utilisé le télescope spatial James Webb.
Exemple de naine brune (SIMP-0136).
Crédit: Evert Nasedkin/Trinity College Dublin
Pendant des années, les scientifiques ont débattu de la formation de ces géantes. Le mécanisme principal, appelé accrétion de noyau, implique que des matériaux solides s'agglomèrent d'abord en un cœur dense, puis attirent du gaz. Cependant, à de grandes distances orbitales où la matière est rare, il est globalement admis que ce processus devrait être trop lent pour produire des planètes aussi massives.
Grâce aux observations infrarouges du JWST, la composition chimique des atmosphères a pu être étudiée. L'équipe s'est intéressée non pas aux gaz courants, mais aux molécules contenant du soufre, comme le sulfure d'hydrogène. La présence de cet élément dans l'atmosphère de HR 8799 c montre fortement que la planète s'est formée par accrétion de noyau, car le soufre provient généralement de grains solides dans les disques protoplanétaires.
Cette découverte démontre que l'accrétion de noyau peut opérer même pour des planètes extrêmement massives et éloignées, remettant ainsi en question la distinction traditionnelle entre les géantes gazeuses et les naines brunes. Un autre indice vient appuyer cette idée: les planètes de HR 8799 présentent également un enrichissement en éléments lourds, comme le carbone et l'oxygène, en comparaison de leur étoile, ce qui corrobore ce type de formation.
Pour Jean-Baptiste Ruffio, auteur principal de l'étude, la détection du soufre laisse à penser que ces planètes se sont formées de manière similaire à Jupiter, malgré leur masse bien supérieure. Ces résultats, publiés dans
Nature Astronomy, pourraient conduire à réviser les modèles de formation planétaire et à redéfinir les limites de ce qui est considéré comme une planète.
Les trois planètes internes orbitant autour de l'étoile HR 8799, capturées par le JWST en 2023. L'analyse spectrale a détecté du sulfure d'hydrogène dans l'atmosphère de HR 8799 c, indiquant que la planète massive s'est formée par accrétion de noyau.
Crédit: Jean-Baptiste Ruffio, Jerry Xuan et al. Les Naines Brunes et la Fusion du Deutérium
Les naines brunes sont des objets substellaires dont la masse est trop faible pour entretenir la fusion de l'hydrogène, le processus qui alimente les étoiles comme le Soleil. Néanmoins, elles peuvent fusionner le deutérium, un isotope de l'hydrogène, ce qui les distingue des planètes géantes. Cette fusion se produit à des masses comprises entre environ 13 et 80 fois celle de Jupiter.
Contrairement aux planètes, les naines brunes se forment souvent par effondrement direct d'un nuage de gaz, un processus similaire à la naissance des étoiles. Cela leur confère des propriétés intermédiaires, avec une chaleur interne provenant de la contraction gravitationnelle et de la fusion limitée du deutérium, et une température et luminosité bien inférieures à celles des étoiles.
La frontière entre les naines brunes et les planètes géantes massives est floue, car certaines planètes peuvent atteindre des masses comparables. Les observations chimiques, comme celles du JWST, aident à les différencier en révélant les signatures de leur formation. Par exemple, l'enrichissement en éléments lourds peut indiquer une origine de formation par accrétion.