Sommes-nous à la veille d'une percée dans la compréhension de la formation des planètes ?

Table des liens

Résumé et 1 Introduction

1. Sélection et propriétés de l'échantillon

2. Résultats

3. Discussion

4. Remarques finales et Références

   Annexe A : Sélection de l'échantillon

   Annexe B : Propriétés des TOI dans ce travail

   Annexe C : Estimations pré-séquence principale

5. Remarques finales

L'absence d'un solide contexte observationnel sur les exoplanètes autour d'étoiles de masse intermédiaire (analogue au contexte présent autour des étoiles de faible masse) affecte notre connaissance de la formation des planètes en général et des Jupiters chauds en particulier. Dans ce travail, nous avons analysé ce type de planètes, sélectionnées à partir d'une combinaison de données TESS et Gaia. Notre analyse s'est concentrée sur la limite physique de leurs orbites planétaires les plus internes, indépendamment du débat en cours sur la fréquence des Jupiters chauds autour des étoiles de masse intermédiaire (par exemple, Sebastian et al. 2022, et références incluses). En principe, notre analyse est également indépendante des développements observationnels qui conduiraient éventuellement à des échantillons plus importants d'étoiles de masse intermédiaire hébergeant des exoplanètes plus petites à des rayons orbitaux plus longs. Nous fournissons des preuves provisoires pour soutenir l'idée que les orbites des Jupiters chauds autour des étoiles de masse intermédiaire sont principalement déterminées par le rayon de troncature du gaz du disque protoplanétaire - et non par le rayon de destruction de la poussière. Bien que les instabilités gravitationnelles puissent jouer un rôle dans la formation de planètes géantes à longue période autour de ces étoiles, nous avons suggéré que l'origine des Jupiters chauds est probablement similaire à celle des sources de masse inférieure. Cela est basé sur une combinaison entre le paradigme d'accrétion du noyau et la migration jusqu'au bord interne du gaz. Enfin, la comparaison entre les étoiles de faible masse et de masse intermédiaire suggère que la barrière de gaz fixe effectivement les orbites planétaires les plus internes pour l'ensemble du régime de masse stellaire. Les tests futurs de l'hypothèse précédente nécessitent des échantillons plus importants d'étoiles de masse intermédiaire avec des Jupiters chauds. Deux exemples de tels types de tests sont décrits ci-dessous.

\ Premièrement, la taille de la magnétosphère est limitée par le rayon de co-rotation du disque, qui est plus petit pour les vitesses de rotation stellaire plus élevées (Shu et al. 1994). Ainsi, si la magnétosphère contrôle les orbites planétaires les plus internes, celles-ci devraient être plus petites pour les étoiles à rotation rapide (voir, par exemple, la discussion connexe dans Lee & Chiang 2017). Cela est en accord avec la découverte récente, montrant que des périodes orbitales plus courtes sont observées dans des étoiles plus massives avec des périodes de rotation plus courtes, du moins en considérant les types spectraux FGK (García et al. 2023). Cependant, il est difficile de faire un test concluant uniquement basé sur des étoiles de faible masse, étant donné leur gamme étroite de petites vitesses de rotation projetées. En revanche, les vitesses des étoiles de masse intermédiaire s'étendent de quelques à quelques centaines de km/s, ce qui les rend idéales pour un tel test. Les vitesses de rotation projetées basées sur Gaia ne sont actuellement disponibles que pour une douzaine de toutes les sources analysées dans ce travail. Des estimations de vitesse supplémentaires seront utiles pour accomplir cette tâche.

\ Deuxièmement, le fait que les magnétosphères agissent comme des barrières de gaz cessant immédiatement la migration vers l'intérieur implique que si celles-ci sont absentes, alors la probabilité que les planètes soient englouties par leurs étoiles hôtes augmente (Nelson et al. 2000). Des preuves indirectes de planètes englouties par leurs hôtes n'ont été fournies que pour quelques étoiles de type solaire (par exemple, Israelian et al. 2001; De et al. 2023, et références incluses). Notamment, les magnétosphères sont susceptibles d'être absentes dans la plupart des étoiles Herbig avec des masses & 3-4 M⊙ (Wichittanakom et al. 2020; Vioque et al. 2022), pour lesquelles le disque de gaz peut atteindre la source centrale à travers une couche limite (Mendigutía 2020, et références incluses). Ainsi, si les magnétosphères sont la barrière ultime empêchant une migration planétaire illimitée, alors le scénario d'engloutissement planétaire serait le plus efficace pour les masses stellaires > 3-4 M⊙. Ces étoiles peuvent montrer un déficit de Jupiters chauds, par rapport au cas des étoiles moins massives.

\ Remerciements. Les auteurs remercient l'arbitre anonyme, dont les suggestions ont servi à améliorer le manuscrit. La recherche d'IM est financée par les subventions PID2022-138366NA-I00, par le Ministère espagnol de la Science et de l'Innovation/Agence d'État de la Recherche MCIN/AEI/10.13039/501100011033 et par l'Union européenne, et par une bourse Ramón y Cajal RyC2019-026992-I. J.L.-B. est partiellement financé par les subventions espagnoles MCIN/AEI/10.13039/501100011033 et NextGenerationEU/PRTR PID2019-107061GB-C61 et CNS2023- 144309, et par la bourse Ramón y Cajal RYC2021-031640-I. BM est soutenu par la subvention MCIN/AEI/PID2021-127289-NB-I00. Nous reconnaissons l'utilisation des données publiques de TOI Release provenant des pipelines du Bureau scientifique TESS et du Centre des opérations de traitement scientifique TESS. Le financement de la mission TESS est fourni par la direction de la mission scientifique de la NASA. Ce travail a utilisé des données de la mission Gaia de l'Agence spatiale européenne (ESA) (https://www.cosmos.esa.int/gaia), traitées par le Consortium de traitement et d'analyse des données Gaia (DPAC, https://www.cosmos.esa.int/web/gaia/dpac/consortium). Le financement du DPAC a été fourni par des institutions nationales, en particulier les institutions participant à l'Accord multilatéral Gaia.

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