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 àdire 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 (Haywood 2008 A&A, 482, 673), mettant de nouveau àmal la corrélation métallicité-taux d’exoplanètes.

On montre dans un article récent (Haywood 2009) 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 interessant 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 àl’intérieur du rayon galactique solaire. Sa densité augmente dans le disque interne, jusqu’àatteindre un maximum àenviron 3-5 kpc du Soleil, formant ce qui est appelé l’anneau moléculaire. Sa densité y est 4 à5 fois celle estimée àla position du Soleil, en proportion du taux d’exoplanètes local (4%) et celui mesuré sur les étoiles riches en métaux (25%).

Figure 1 : La correlation 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.

Référence On the correlation between metallicity and the presence of giant planets Haywood M. ApJ Letter, 698, L1 Contact Misha Haywood (Observatoire de Paris, GEPI, et CNRS)

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 interessant 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%).

Figure 1 : La correlation 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.

 On the correlation between metallicity and the presence of giant planets Haywood M. ApJ Letter, 698, L1 Contact Misha Haywood (Observatoire de Paris, GEPI, et CNRS)

Dernière modification le 22 février 2013

Two recent observational facts have mitigated the evidence of the correlation between metallicity and the probability of detection of exo-planets : (a) the first is that, contrary to dwarfs, giant and ’massive’ stars which were found to have an orbiting exoplanet do not show an overabundance of heavy elements. (b) the second is that at [Fe/H]<-0.2 dex, for moderately deficient stars, more planets are being detected on stars of the thick disk population than on thin disk (Haywood 2008 A&A, 482, 673) objects, here again breaking down the correlation between metallicity and planets. We show in a recent article (Haywood 2009) that these two pecularities can be explained if the planet-metallicity correlation is given a radically different interpretation. In the last years, radial mixing has proved to be a phenomenon of importance in the galactic disk. Radial mixing is a consequence of badly identified dynamical processes, which are responsible for the ’migration’ of stars in the disk. Stars born in the inner parts of the disk may drift to the outer parts within a few billion years, and vice-versa. The inner disk evolving at a more rapid pace, stars born in these regions are, in the mean, more metal-rich than those born in the outer disk. Radial mixing then provides a natural explanation to point (a) and (b). Indeed, giants and massive stars are in the mean younger than dwarfs. Radial mixing being a secular process, its effects are proportional to time. Hence, samples containing older objects are more polluted by wanderers from the inner disk. It is also possible to explain point (b) above, because if thick disk stars are deficient in metals, their origin is also thought to be local or in the inner disk, i.e very different from the thin disk stars of the same metallicity. All this suggest that, rather than metallicity, it is the distance to the galactic center that governs the rate of Jupiters. The new question is then : what is the cause of this dependence ? A interesting candidate is the density of H2 gas. Molecular hydrogen is indeed the main ingredient of circumstellar disks and Jupiters. 70% of galactic H2 resides within the solar galactocentric radius. Its density rises towards the inner disk to reach a maximum at 3-5 kpc from the Sun (the molecular ring), at 4 to 5 times the estimated local density, in proportion to the rate of exoplanets on local stars (4%) and metal-rich ones (25%).

Figure 1 : La correlation 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.

 On the correlation between metallicity and the presence of giant planets Haywood M. ApJ Letter, 698, L1 Contact Misha Haywood (Observatoire de Paris, GEPI, et CNRS)

Dernière modification le 4 mars 2013