En analysant la composition chimique d'étoiles qui hébergent des planètes, des astronomes ont constaté que, contrairement aux étoiles géantes, les étoiles naines blanches révèlent souvent une abondance en fer à leur surface. Selon les scientifiques, les débris planétaires qui s’abattent sur les couches externes d’une étoile naine ont un effet détectable alors que pour une étoile géante, cette pollution est diluée et s’amalgame à l’intérieur.
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"C'est un peu comme la poudre de chocolat à la surface d’un tiramisu", compare Luca Pasquini de l'ESO.
Quelques années après la découverte de la première exoplanète, il était devenu évident que les planètes étaient principalement découvertes autour d’étoiles riches en fer. Les étoiles abritant des planètes sont en moyenne presque deux fois plus riches en métaux que celles sans système planétaire.
Toutefois, il fallait encore savoir si cette abondance en métaux favorisait la formation de planètes, ou si elle était la conséquence de leur présence. Le problème classique de la poule et de l'oeuf. Le premier cas impliquait que ces étoiles devaient être riches en métal jusqu'en leur centre. Dans le deuxième cas, les débris du système planétaire devaient avoir pollué l'étoile et seules les couches externes de celle-ci devaient être affectées par cette pollution.
Mais en observant une étoile et en analysant son spectre, les astronomes n’ont accès qu’à ses couches externes et ne peuvent pas être certains que toute l'étoile possède la même composition. Si des débris planétaires tombent sur une étoile, la matière reste dans ces couches superficielles, et laissent des traces dans le spectre.
Une équipe d'astronomes a donc décidé d'aborder le problème en observant des étoiles d’un autre type, les géantes rouges. Celles-ci sont des étoiles qui, comme ce sera le cas pour le Soleil dans plusieurs milliards d'années, ont épuisé l'hydrogène de leur noyau, et ont grossi tout en se refroidissant. En analysant la distribution en métaux de quatorze géantes abritant des planètes, les astronomes ont constaté que celle-ci était relativement différente des étoiles naines possédant un système planétaire.
"Nous avons découvert que ces étoiles n’étaient pas aussi riches en métaux, explique Pasquini. "Les anomalies détectées semblent disparaître quand l’étoile vieillit et grossit". En examinant les diverses possibilités, les astronomes ont conclu que l'explication la plus probable résidait dans la différence de structure entre les géantes rouges et les étoiles comme le Soleil : la taille de la zone de convection, une région dans laquelle tous les gaz sont complètement mélangés. Dans le Soleil, cette zone représente seulement 2% de la masse de l'étoile. Mais pour les géantes rouges, la zone de convection est énorme, et est plus de 35 fois plus massive. Les matériaux polluant seraient ainsi 35 fois plus dilués dans une géante rouge que dans une étoile comme le Soleil.
"Quoique l'interprétation des données ne soit pas directe, l'explication la plus simple est que les étoiles comme le Soleil apparaissent riche en métaux à cause de la pollution de leur atmosphère", ajoute Artie Hatzes, directeur du Thüringer Landessternwarte Tautenburg en Allemagne, où certaines des données ont été obtenues.
Quand les étoiles étaient encore entourées d’un disque proto planétaire, les matières riches en éléments les plus lourds se seraient abattues sur l'étoile, polluant ainsi sa surface. Cet excès en métal, discernable dans l’atmosphère peu épaisse des étoiles comme le Soleil, se retrouve complètement dilué dans la vaste atmosphère des étoiles géantes.
