« Elle ne tourne pas comme elle le devrait » : cette exoplanète pose un sérieux problème aux astronomes

Cela devient un lieu commun que de rappeler que beaucoup de chemin a été parcouru dans le monde des exoplanètes par les astronomes depuis la première découverte, en 1995 par Michel Mayor et Didier Queloz, de tels astres autour d'une étoile sur la séquence principale, en l'occurrence celle de 51 Pegasi b.

Cependant, bien qu'en septembre 2026, plus de 8 290 d'entre elles soient connues dans la Voie lactée et comptabilisées par le célèbre site de l'Encyclopédie des planètes extrasolaires, fondé par Jean Schneider de l'observatoire de Paris, nous n'en sommes encore qu'au début de l'exploration de ce monde.

On pourrait presque dire qu'il ne se passe pas un mois sans qu'au moins une découverte intéressante sur les exoplanètes ne soit annoncée, notamment en rapport avec le télescope spatial James-Webb.

L'exoplanète qui est sur le devant de la scène aujourd'hui fait l'objet d'un article dans la revue Astronomy & Astrophysics, mais une version en accès libre se trouve aussi sur arXiv. Elle appartient à la catégorie des planètes sub-Neptuniennes, la classe d'exoplanètes la plus abondante dans notre Galaxie, comme l'explique un communiqué de l'Université de Genève (Unige) et ce sont des membres de son Département d'astronomie qui ont dirigé le travail publié aujourd'hui.

Les méthodes de détection des exoplanètes se sont largement diversifiées depuis les années 1990. Elles peuvent se classer en deux grandes catégories, les méthodes directes et les méthodes indirectes. Les trois méthodes principales sont la méthode directe d’imagerie, la méthode indirecte du transit et la méthode indirecte de la vitesse radiale. © CEA Recherche

Une sub-Neptune ordinaire ?

À priori, une sub-Neptune, ce n'est donc pas particulièrement exotique, d'autant plus que l'exoplanète GJ 3090 b tourne autour d'une naine rouge de type M, parmi les étoiles les plus abondantes de la Voie lactée. De plus, GJ 3090 b a initialement été découverte par la méthode des transits planétaires en utilisant le Transiting Exoplanet Survey Satellite (Tess), un télescope en orbite de la Nasa. Aujourd'hui, c'est la méthode des vitesses radiales qui a été utilisée via le spectrographe NIRPS, construit en partie à Genève et qui est installé à l'Observatoire de La Silla au nord du Chili.

Comment comprendre facilement les exoplanètes et la vie ailleurs grâce à une websérie

L'accès aux sciences, aussi bien pour le grand public que pour les autodidactes courageux, ne cesse de se développer depuis deux décennies. Tout un chacun peut ainsi se former à la connaissance fascinante du monde des exoplanètes, découvrir comment on les détecte et bien d'autres choses encore à leur sujet, comme le montre une playlist du CEA.... Lire la suite

En combinant les données des deux méthodes, les astronomes ont pu déterminer que GJ 3090 b mesure 2,2 fois le rayon de la Terre et possède une masse 4,5 fois supérieure à celle de notre Planète. Mais la surprise est venue de la détermination, via l'effet Rossiter-McLaughlin, de l'inclinaison du plan orbital de la planète par rapport au plan équatorial de la naine rouge et surtout du sens de rotation de l'exoplanète.

Pour comprendre de quoi il retourne, il faut savoir que selon le modèle standard de la formation planétaire, tout commence avec un nuage de matière en rotation qui s'effondre gravitationnellement. La rotation crée une force centrifuge qui s'oppose à la contraction du nuage quasi sphérique perpendiculairement à son axe de rotation. Il se forme donc une jeune étoile au centre du nuage, mais entourée d'un disque dans lequel se forment ensuite des planètes.

Par construction, le plan orbital de ces planètes ne doit être incliné que de quelques degrés par rapport au plan équatorial de l'étoile et avec des planètes tournant toutes dans le même sens autour de cette étoile, celui de sa rotation. De facto, et c'est ce qui a servi à découvrir ce modèle de formation planétaire dans le cas du Système solaire, c'est bien ce que l'on observe avec ses planètes dont les plans orbitaux ne sont inclinés que de quelques degrés tout au plus par rapport au plan équatorial du Soleil.

On s'attendait à ce que toutes les exoplanètes orbitent dans plus ou moins le même plan et se déplacent le long de leur orbite dans le même sens que la rotation de leur étoile – tout comme dans notre Système solaire. Toutefois, on sait maintenant que plusieurs exoplanètes orbitent en réalité selon un angle important par rapport à l'axe de rotation de leur étoile. Dans le cas présenté ici (WASP-8b), l'orbite est totalement inversée, ou rétrograde. L'étoile tourne dans un sens (vers la droite, telle qu'elle apparaît ici), tandis que la planète orbite dans le sens opposé (vers la gauche). La vitesse de déplacement est considérablement accélérée dans cette animation. © ESO, L. Calçada

Une explication élusive

Mais, GJ 3090 b ne suit pas ces règles observées avec d'autres systèmes planétaires dans la Voie lactée !

Non seulement le plan orbital de GJ 3090 b est incliné d'environ 136 degrés, mais l'exoplanète tourne en sens inverse de celui de son étoile hôte !

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Pour le moment, les astronomes ne comprennent pas la raison de cette bizarrerie... On pourrait la comprendre s'il existait une exoplanète massive autour de l'étoile GJ 3090 exerçant de fortes perturbations gravitationnelles, mais ce n'est pas le cas. Le spectrographe NIRPS a bien permis de détecter deux autres exoplanètes, mais elles ne sont pas assez massives pour cela.

Une autre hypothèse est mentionnée dans le communiqué de l'Université de Genève par Vincent Bourrier, maître d'enseignement et de recherche au Département d'astronomie de la Faculté des sciences de l'Unige et co-auteur de l'étude : « Pour GJ 3090, l'étoile pourrait avoir accrété un disque secondaire désaligné et rétrograde dans lequel les planètes du système se seraient formées. »