L’importance de la théorie dans la science des exoplanètes
Des scientifiques de l’Université de Zurich associés au Pôle de recherche national PlanetS révèlent des lacunes considérables dans la compréhension théorique des planètes gazeuses géantes. Cela démontre l’importance de développer davantage les aspects théoriques liés à la caractérisation des exoplanètes.
Illustration artistique d’une planète gazeuse géante et de son étoile hôte © ESO/M. Kornmesser/Nick Risinger
Les planètes en orbite autour d’autres étoiles sont très éloignées de nous. Même celles qui sont suffisamment proches pour être détectées par des instruments peuvent se trouver à des centaines d’années-lumière de la Terre. De toute évidence, cela les rend difficiles à trouver et encore plus difficiles à caractériser. Le signal sur lequel ces résultats sont basés, n’est souvent qu’un léger affaiblissement ou changement de couleur de la lumière déjà faible d’une étoile lointaine. Naturellement, des erreurs de mesure peuvent se produire. Cependant, à mesure que les instruments deviennent de plus en plus sophistiqués et précis, d’autres éléments deviennent une source d’erreur relativement plus importante. En utilisant les calculs numériques de l’évolution des planètes géantes, les scientifiques, sous la direction de Simon Müller de l’Université de Zurich et du PRN PlanetS, ont étudié jusqu’à quel point les incertitudes théoriques peuvent devenir un facteur. Les résultats de l’étude ont été publiés récemment dans la revue Astrophysical Journal.
Un cadre pour la caractérisation
Simon Müller est étudiant en doctorat au Centre d’astrophysique et de cosmologie théorique de l’université de Zurich. Photo: Tom Hands
“Contrairement à sa masse et à son rayon, la composition d’une exoplanète ne peut pas être mesurée directement. Pour en savoir plus sur la nature d’une planète, sur ce dont elle est faite, par exemple, ou sur sa structure interne, les astrophysiciens ne peuvent donc pas se fier uniquement aux mesures”, explique Simon Müller. Ils doivent plutôt en déduire, à l’aide d’un cadre théorique, ou modèle, basé sur des études détaillées des planètes de notre système solaire, ainsi que sur certaines notions de physique fondamentale. Cette physique comprend le comportement des éléments dans différentes conditions, par exemple, ou la répartition de ces éléments au sein des planètes. Une fois que les mesures d’une planète sont prises (autres que la masse et le rayon qui peuvent être la température, l’âge probable et la composition de son étoile hôte), ce modèle permet aux chercheurs de caractériser les planètes et d’en tirer des conclusions sur leur nature. L’exactitude des conclusions des scientifiques ne dépend donc pas seulement de la qualité des mesures, mais aussi de la théorie ou, comme ils l’appellent, de leur modèle et de ses hypothèses. Mais quelle est la précision de ces modèles, notamment par rapport aux instruments d’observation ?
Les incertitudes des modèles peuvent devenir un facteur limitatif
Ravit Helled est professeur d’astronomie théorique à l’université de Zurich. Photo: Jos Schmid
C’est ce qu’ont étudié Simon Müller et ses collègues. “Ce que nous avons découvert, c’est que les compositions déduites des planètes gazeuses géantes peuvent être très différentes en raison de différentes hypothèses de modèle, même si elles sont basées sur les mêmes mesures”, déclare la chercheur. Ainsi, par exemple, de légères différences dans la distribution supposée des éléments au sein d’une planète peuvent conduire à des résultats très variables. Cela a des implications sur les efforts effectués par la science des exoplanètes et sur la capacité à caractériser et à comprendre celles-ci, comme le souligne Ravit Helled, “Les aspects théoriques sont souvent négligés par rapport à l’avancement des instruments de mesure, mais ils sont essentiels pour l’interprétation des données. Les progrès de la science des exoplanètes doivent donc inclure à la fois la théorie et les observations”, explique la co-auteure de l’étude et professeure d’astrophysique à l’Université de Zurich . “Nos résultats montrent que nous devons vraiment mieux comprendre le cadre du modèle avant de pouvoir tirer le meilleur parti des futurs instruments améliorés”, conclut Simon Müller.
Détails de la publication:
Theoretical versus Observational Uncertainties: Composition of Giant Exoplanets, Simon Müller, Maya Ben-Yami and Ravit Helled, ApJ 903 147 https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/abba19
