Depuis la découverte à l'Observatoire de Haute Provence d'une planète en orbite autour de l'étoile 51 Peg en 1995, près de 300 systèmes planétaires ont été découverts. La seule caractéristique qui semble singulariser les étoiles hôtes de ces systèmes est leur métallicité (l'abondance d'éléments plus lourds que l'hélium dans l'atmosphère de l'étoile). Ces étoiles (majoritairement des « naines », c'est à dire des étoiles dans la phase de séquence principale) sont, en moyenne bien plus « métalliques » que la plupart des étoiles de champ. Jusqu'à présent, cette particularité a été expliquée en supposant que la formation de planètes géantes, ou « Jupiters », devait être favorisée dans les disques circumstellaires plus riches en métaux. Une nouvelle interprétation suggère que le pourcentage d'étoiles présentant des exoplanètes géantes, ou « taux de Jupiters », pourrait dépendre de la densité de gaz H2 dans le disque galactique, décroissante depuis l'intérieur du disque vers sa périphérie. La corrélation observée résulterait alors de la présence au voisinage solaire d'étoiles en provenance des régions internes du disque galactique.
La corrélation planète-metallicité observée (en rouge) peut être facilement produite
par un modèle (en noir) où le taux d'exoplanètes dépend de la distance au centre galactique,
les étoiles riches en métaux provenant du disque interne
ayant un taux élevé (environ 25%) de planètes géantes.
Aucune dépendence particulière entre planètes géantes et métallicité n'est alors requise.
La densité de gaz H2 dans le disque galactique pourrait être la raison de la dépendance
du taux planétaire avec la distance au centre galactique.
Deux observations récentes sont venues compliquer la corrélation entre metallicité et taux de détection d'exoplanètes.
(a) La première est que, contrairement aux naines, les étoiles géantes et les étoiles 'massives' du voisinage solaire autour desquelles on a découvert des exoplanètes ne sont pas particulièrement riches en métaux.
(b) La seconde observation montre qu'à [Fe/H]<-0.2 dex, c'est à dire pour des étoiles moyennement déficientes en métaux, on détecte plus d'exoplanètes autour d'étoiles de la population du disque épais que du disque mince, mettant de nouveau à mal la corrélation métallicité-taux d'exoplanètes.
On montre dans un article récent que ces deux particularités peuvent être expliquées moyennant une révision radicale de l'interprétation de la corrélation entre métallicité et taux d'exoplanètes.
Les dernières années ont mis en évidence l'importance des effets de ce qu'on appelle le 'mélange radial' dans le disque galactique. Ce mélange radial est la conséquence de processus dynamiques mal identifiés, mais qui sont responsables de la 'migration' d'étoiles dans le disque. Des étoiles nées dans le disque galactique interne peuvent se retrouver, en quelques milliards d'années, dans les parties externes du disque, et vice-versa. L'enrichissement en métaux du disque interne étant plus rapide que celui du disque externe, les étoiles y sont en moyenne plus riches en métaux que celles nées dans les régions externes du disque.
Le mélange radial permet une explication naturelle des points (a) et (b) si le taux d'exoplanètes dépend en fait du lieu où se sont formées les étoiles. En effet, les géantes et les étoiles massives sont des étoiles en moyenne plus jeunes que les naines. L'effet du mélange radial est 'séculaire', il dépend du temps. Les échantillons composés d'étoiles plus vieilles sont donc davantage contaminés par les objets en provenance du disque interne. Les étoiles 'jeunes' (<1-2 milliards d'années) sont, elles, peu affectées par le mélange radial.
Il est également possible d'expliquer le point (b), parce que si les étoiles du disque épais sont déficientes, on pense que leur origine est locale ou dans le disque interne. Malgré une métallicité similaire, elles sont donc d'origine très différente des étoiles du disque mince.
Tout ceci suggère fortement que, plutôt que de la métallicité, c'est de la distance au centre galactique que dépend le taux de Jupiters. La question est alors de savoir quelle propriété pourrait être responsable de cette dépendance ? Un candidat intéressant est la densité de gaz H2. L'hydrogène moléculaire est en effet le constituant principal des disques circumstellaires et des Jupiters. 70% du H2 galactique se trouve à l'intérieur du rayon galactique solaire. Sa densité augmente dans le disque interne, jusqu'à atteindre un maximum à environ 3-5 kpc du Soleil, formant ce qui est appelé l'anneau moléculaire. Sa densité y est 4 à 5 fois celle estimée à la position du Soleil, en proportion du taux d'exoplanètes local (4%) et celui mesuré sur les étoiles riches en métaux (25%).
