Extrait d'un communiqué de presse du télescope Subaru et de l'Observatoire national d'astronomie du Japon:
Une équipe de recherche dirigée par des astronomes de l'Université de Tokyo et de l'Observatoire national d'astronomie du Japon (NAOJ) a découvert que les orbites inclinées peuvent être typiques plutôt que rares pour les systèmes exoplanétaires - ceux en dehors de notre système solaire. Leurs mesures des angles entre les axes de rotation de l’étoile (axe de rotation stellaire) et l’orbite de la planète (axe orbital planétaire) des exoplanètes HAT-P-11b et XO-4b démontrent que ces orbites des exoplanètes sont très inclinées. C'est la première fois que les scientifiques mesurent l'angle d'une petite planète comme HAT-P-11 b. Les nouvelles découvertes fournissent d'importants indicateurs d'observation pour tester différents modèles théoriques de l'évolution des orbites des systèmes planétaires.
Depuis la découverte de la première exoplanète en 1995, les scientifiques ont identifié plus de 500 exoplanètes, des planètes en dehors de notre système solaire, presque toutes des planètes géantes. La plupart de ces exoplanètes géantes orbitent étroitement sur leurs étoiles hôtes, contrairement aux planètes géantes de notre système solaire, comme Jupiter, qui tournent autour du Soleil à distance. Les théories acceptées suggèrent que ces planètes géantes se sont formées à l'origine à partir de matériaux formant des planètes abondantes loin de leurs étoiles hôtes, puis ont migré vers leurs emplacements proches actuels. Différents processus de migration ont été suggérés pour expliquer les exoplanètes géantes proches.
Les modèles d'interaction disque-planète se concentrent sur les interactions entre la planète et son disque protoplanétaire, le disque à partir duquel elle s'est formée à l'origine. Parfois, ces interactions entre le disque protoplanétaire et la planète en formation entraînent des forces qui font tomber la planète vers l'étoile centrale. Ce modèle prédit que l'axe de rotation de l'étoile et l'axe orbital de la planète seront en alignement l'un avec l'autre.
Les modèles d'interaction planète-planète de la migration se sont concentrés sur les diffusions mutuelles entre les planètes géantes. La migration peut se produire à partir de la diffusion des planètes, lorsque plusieurs planètes se dispersent lors de la création de deux planètes géantes ou plus dans le disque protoplanétaire. Alors que certaines planètes se dispersent dans le système, la plus interne peut établir une orbite finale très proche de l'étoile centrale. Un autre scénario d'interaction planète-planète, la migration de Kozai, postule que l'interaction gravitationnelle à long terme entre une planète géante intérieure et un autre objet céleste tel qu'une étoile compagnon ou une planète géante extérieure au fil du temps peut modifier l'orbite de la planète, rapprochant une planète intérieure à l'étoile centrale. Les interactions de migration planète-planète, y compris la diffusion planète-planète et la migration de Kozai, pourraient produire une orbite inclinée entre la planète et l'axe stellaire.
Dans l'ensemble, l'inclinaison des axes orbitaux des planètes rapprochées par rapport aux axes de rotation des étoiles hôtes émerge comme une base d'observation très importante pour soutenir ou réfuter les modèles de migration sur lesquels se concentrent les théories de l'évolution orbitale. Un groupe de recherche dirigé par des astronomes de l'Université de Tokyo et de NAOJ a concentré ses observations avec le télescope Subaru sur l'étude de ces inclinaisons pour deux systèmes connus pour avoir des planètes: HAT-P-11 et XO-4. Le groupe a mesuré l'effet Rossiter-McLaughlin (ci-après, RM) des systèmes et a trouvé des preuves que leurs axes orbitaux s'inclinaient par rapport aux axes de rotation de leurs étoiles hôtes.
L'effet RM se réfère à des irrégularités apparentes dans la vitesse radiale ou la vitesse d'un objet céleste dans la ligne de visée de l'observateur pendant les transits planétaires. Contrairement aux raies spectrales qui sont généralement symétriques dans les mesures de la vitesse radiale, celles avec l'effet RM dévient en un motif asymétrique (voir la figure 1). Une telle variation apparente de la vitesse radiale pendant un transit révèle l'angle projeté par le ciel entre l'axe de rotation stellaire et l'axe orbital planétaire. Le télescope Subaru a participé à des découvertes antérieures de l'effet RM, que les scientifiques ont étudiées jusqu'à présent pour environ trente-cinq systèmes exoplanétaires.
En janvier 2010, une équipe de recherche dirigée par les astronomes de l'équipe actuelle de l'Université de Tokyo et de l'Observatoire astronomique national du Japon a utilisé le télescope Subaru pour observer le système planétaire XO-4, qui se trouve à 960 années-lumière de la Terre dans la région du Lynx. . La planète du système est environ 1,3 fois plus massive que Jupiter et a une orbite circulaire de 4,13 jours. Leur détection de l'effet RM a montré que l'axe orbital de la planète XO-4 b s'incline vers l'axe de rotation de l'étoile hôte. Jusqu'à présent, seul le télescope Subaru a mesuré l'effet RM pour ce système.
En mai et juillet 2010, l'équipe de recherche actuelle a effectué des observations ciblées du système exoplanétaire HAT-P-11, situé à 130 années-lumière de la Terre vers la constellation du Cygne. La planète HAT-P-11 b de la taille de Neptune orbite autour de son étoile hôte sur une orbite non circulaire (excentrique) de 4,89 jours et fait partie des plus petites exoplanètes jamais découvertes. Jusqu'à cette recherche, les scientifiques n'avaient détecté l'effet RM que pour les planètes géantes. La détection de l'effet RM pour les planètes de plus petite taille est difficile car le signal de l'effet RM est proportionnel à la taille de la planète; plus la planète en transit est petite, plus le signal est faible.
L’équipe a profité de l’énorme pouvoir de collecte de lumière du miroir de 8,2 m du télescope Subaru ainsi que de la précision de son spectrographe à haute dispersion. Leurs observations ont non seulement entraîné la première détection de l'effet RM pour une exoplanète de taille Neptune plus petite, mais ont également fourni la preuve que l'axe orbital de la planète s'incline vers l'axe de rotation stellaire d'environ 103 degrés dans le ciel. Un groupe de recherche aux États-Unis a utilisé le télescope Keck et a fait des observations indépendantes de l'effet RM du même système en mai et août 2010; leurs résultats étaient similaires à ceux des observations de l'équipe de l'Université de Tokyo / NAOJ en mai et juillet 2010.
Les observations actuelles de l'équipe sur l'effet RM pour les systèmes planétaires HAT-P-11 et XO-4 ont montré qu'ils ont des orbites planétaires très inclinées par rapport aux axes de rotation de leurs étoiles hôtes. Les derniers résultats d'observation sur ces systèmes, y compris ceux obtenus indépendamment des résultats rapportés ici, suggèrent que de telles orbites planétaires très inclinées peuvent généralement exister dans l'univers. Le scénario de migration planète-planète, qu'il soit causé par la diffusion planète-planète ou la migration de Kozai, plutôt que le scénario planète-disque pourrait expliquer leur migration vers les emplacements actuels.
Cependant, les mesures de l'effet RM pour les systèmes individuels ne peuvent pas discriminer de manière décisive les scénarios de migration. L'analyse statistique peut aider les scientifiques à déterminer, le cas échéant, quel processus de migration est responsable des orbites très inclinées des planètes géantes. Étant donné que différents modèles de migration prédisent différentes distributions de l'angle entre l'axe stellaire et l'orbite planétaire, le développement d'un large échantillon de l'effet RM permet aux scientifiques de soutenir le processus de migration le plus plausible. L'inclusion des mesures de l'effet RM pour une planète aussi petite que HAT-P-11 b dans l'échantillon jouera un rôle important dans les discussions sur les scénarios de migration planétaire.
De nombreux groupes de recherche prévoient de faire des observations de l'effet RM avec des télescopes dans le monde entier. L'équipe actuelle et le télescope Subaru joueront un rôle essentiel dans les enquêtes à venir. Des observations continues des systèmes exoplanétaires en transit contribueront à une compréhension de l'histoire de la formation et de la migration des systèmes planétaires dans un avenir proche.
