Quand les planètes géantes orbitent des étoiles évoluées

Qu'advient-il des planètes en orbite autour d'étoiles ayant dépassé la séquence principale pour évoluer en géantes rouges? Ces énormes étoiles rouges - le destin de notre Soleil, dans des milliards d'années - pourraient avoir des conséquences importantes sur les populations de la planète qui les entourent. Une nouvelle étude explore ces impacts en examinant les orbites des géantes gazeuses entourant étroitement les étoiles évoluées.

Vue d'artiste de la planète géante gazeuse K2-132b en orbite autour de son hôte, une étoile géante rouge.
Karen Teramura, UH IfA

Une population inexplorée

La taille actuelle du Soleil en tant qu'étoile de la séquence principale (cercle jaune) par rapport à la taille du Soleil en tant que géante rouge (cercle rouge). Comment les tailles gonflées des étoiles évoluées affectent-elles leurs planètes?
Oona Räisänen

La richesse des données de la mission Kepler / K2 est toujours en cours, bien que le vaisseau spatial soit presque en panne de carburant! - et nous avons découvert des milliers d'exoplanètes avec son aide. À partir de ces données, nous pouvons commencer à explorer différentes populations d’exoplanètes: des petits mondes rocheux en orbite autour de minuscules étoiles naines aux géantes gazeuses entourant des étoiles à séquence principale comme notre Soleil.

Une catégorie d'exoplanètes que nous commençons à peine à connaître est celle des planètes en orbite d'étoiles évoluées - des étoiles qui ont quitté la séquence principale pour devenir d'énormes géants rouges. Qu'advient-il des planètes proches lorsque leur étoile vieillit et gonfle? Quel destin nous attend quand cela se produit dans notre propre Soleil, il y a des milliards d'années? Et comment ces planètes sont-elles arrivées sur leurs orbites?

Les récentes découvertes de planètes géantes gazeuses autour d'étoiles évoluées nous ont permis de commencer à explorer ces planètes en tant que population. Dans une nouvelle étude, une équipe de scientifiques dirigée par Samuel Grunblatt (Institut d'astronomie de l'Université d'Hawaii) a exploré les propriétés de deux de ces planètes en particulier, puis les a mises en contexte avec d'autres planètes géantes connues entourant des étoiles géantes ou non. étoiles évoluées.

Les observations de vitesse radiale de Kepler-643 (en haut), K2-132 (au centre) et K2-97 (en bas), trois systèmes où des planètes géantes rapprochées gravitent autour d'étoiles évoluées. Les planètes semblent suivre une tendance, où les orbites plus longues sont plus excentriques que celles qui gravitent autour de leur étoile hôte.
Grunblatt et al. 2018

Des excentricités pour deux autres géants

Grunblatt et ses collaborateurs ont utilisé des mesures de vitesse radiale des planètes géantes K2-97b et K2-132b, réalisées avec le spectrographe HIRES sur le télescope Keck-I à Hawaii, pour explorer les orbites de ces deux planètes autour de leur étoile hôte géante rouge. Ils ont ensuite comparé les excentricités orbitales de ces planètes à celles d'autres planètes géantes connues gravitant autour de deux étoiles géantes et de nains.

Les auteurs ont découvert que pour les planètes proches, les étoiles évoluées en orbite ont tendance à avoir des orbites plus excentriques que les planètes équivalentes situées autour des étoiles de la séquence principale. La différence est légère - une excentricité médiane d’environ 0, 152 contre environ 0, 056 pour les géants rapprochés en orbite autour d’étoiles géantes par rapport aux nains, mais cela suffit pour indiquer une différence statistique entre les deux populations.

Assister à une spirale de mort

Période orbitale vs excentricité pour les planètes géantes en orbite d’étoiles géantes et naines. Les planètes géantes proches des étoiles géantes en orbite ont des distributions d'excentricité légèrement différentes de celles des nains en orbite.
Grunblatt et al. 2018

Pourquoi cela pourrait-il être? Grunblatt et ses collaborateurs suggèrent que, à mesure que ces planètes évoluent, leurs orbites passent dans une phase transitoire, modérément excentrique. En raison des interactions rapides entre les marées et leurs hôtes évolués, qui ont des rayons stellaires et des enveloppes convectives beaucoup plus grands que les étoiles de la séquence principale, les orbites des planètes se contractent plus rapidement que leur circularisation. Si tel est le cas, nous observons ces planètes alors qu’elles se désintègrent jusqu’à leur mort ardente.

Comment pouvons-nous confirmer cette image à l'avenir? La mission K2 est peut-être presque terminée, mais le satellite TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) de la NASA vient tout juste d’être lancé et devrait observer plus de cent fois le nombre d’étoiles évoluées de Kepler / K2. Avec les données TESS à l'horizon, nous pouvons espérer que nous disposerons bientôt des statistiques nécessaires pour brosser un tableau de l'évolution de la planète autour des étoiles géantes.

Citation

Samuel K. Grunblatt et al 2018 ApJL 861 L5. doi: 10.3847 / 2041-8213 / aacc67

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Ce poste a été publié à l'origine sur AAS Nova, qui présente les faits saillants des recherches effectuées dans les journaux de la Société astronomique américaine.