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L’existence de ces objets massifs et proches de leur étoile soulève deux questions fondamentales : Quels processus de formation et d’évolution sont à l’origine de ces corps ? Quels processus physiques gouvernent l’atmosphère, la structure interne et le champ magnétique des ces objets ?

Les exoplanètes découvertes sont trop massives pour être des planètes solides (l’essentiel de la matière est composée d’hydrogène et d’hélium). Il s’agit donc de planètes de type Jupiter composées essentiellement de gaz.

Le modèle «   classique   » de formation des planètes aboutit à des planètes rocheuse à l’intérieur de la ligne des glaces et des planètes glacées et gazeuses à l’extérieur. La formation de planètes gazeuses par accrétion aussi près de l’étoile n’est pas possible.

Il est possible que deux populations coexistent, correspondant à deux modes de formation des compagnons stellaires : Les objets formés par accrétion au sein d’un disque circumstellaire (mode de formation des planètes du système solaire), et des objets formés par l’effondrement de matière interstellaire (mode de formation des étoiles).

Si ces objets sont de «   vraies planètes   », elles se sont donc formées au delà de la ligne des glaces, puis ont migré vers l’étoile. L’hypothèse de la migration des planètes avait été avancée pour les planètes du système solaire. Plusieurs modèles de migration sont actuellement explorés pour expliquer les orbites des planètes extrasolaires. Un disque circumstellaire peut exercer un couple sur la planète via des ondes spirales forcées par la planète et faire ainsi migrer la planète vers l’étoile. Les modèles de migration développés sont encore très partiels. Ils nécessitent la présence d’un disque plus massif que les disques circumstellaires généralement observés et ne s’appliquent qu’à des planètes de faible masse. Les modèles montrent que cette migration s’accompagne d’une circularisation des orbites. La population des objets très proches et sur orbite circulaires seraient le stade ultime de ce processus. Cependant, il parait très difficile de trouver un mécanisme pour freiner cette chute avant que la planète ne tombe sur l’étoile.

La métallicité des étoiles autour desquelles des planètes ont été trouvées, semble être supérieure à celle des étoiles sans planètes. Cette observation pourrait être liée au mécanisme de migration. Si la formation de planètes s’accompagne couramment de chute de matière solide sur l’étoile, la métallicité de surface de celle-ci peut-être augmentée. Cette hypothèse commence à être explorée mais une autre explication est possible : Une métallicité plus grande de l’étoile veut dire une plus grande concentration d’éléments solide dans le disque protoplanétaire, ce qui favoriserait la formation des planètes.

Une question importante porte sur la nature des exoplanètes: Sont-elles des planètes de structure semblable aux planètes du Système Solaire? Il se pourrait que certains des objets découverts ne soient pas des planètes mais des objets de type stellaire. En effet, le mécanisme d’effondrement gravitationnel, qui forme les étoiles, pourrait aussi former des compagnons de masse inférieure à 73 masses de Jupiter (un objets plus massifque 73 masses de Jupiter devient le siège de réactions thermonucléaire, c’est une étoile). Ces objets diffèreraient des planètes par une composition semblable à celle du milieu interstellaire alors que les planètes concentrent les éléments lourds de par leur mode de formation. Des observations plus poussées notamment de la composition de ces nouvelles planètes permettront de savoir à quelle famille physique ils appartiennent. Dans ce domaine, comme dans beaucoup d’autres, un modèle est proposé pour expliquer les observations mais il est beaucoup plus difficile de prévoir les systèmes que cette théorie autorise et donc de prévoir de futures observations.

Un grand nombre de nouvelles planètes se trouvent a quelques rayons stellaires de l’étoile. A de telles distances, ces planètes, les «   Jupiters chauds   », ont une température effective de plus de 600K, et certaines, comme la planète de 51 Pégase, de plus de 1000 K. Les premiers modèles montrent que malgré la grand proximité de l’étoile, ces nouvelles planètes sont à l’extérieur de la limite de Roche et sont stable vis à vis de l’échappement thermique (limite de Jeans) et vis à vis des processus non thermiques liés à l’émission UV de l’étoile. Cependant, la structure thermique et la chimie de ces planètes est très différentes de celles des planètes géantes du système solaire et leur étude ouvre un nouveau champ de la physique planétaire. Les modélisations de la structure atmosphérique montrent la présence attendue de CH₄, CO, NH₃ et N₂.

Les premières études montrent que la proximité de l’étoile augmente le rayon de ces planètes. La formation d’une planète gazeuse loin d’une étoile s’accompagne d’une contraction et d’un refroidissement. Par contre, si elle se forme près de l’étoile, elle gardera un rayon plus important et une température plus élevée.

Les questions posées par la découverte des exoplanètes sont encore nombreuses, en particulier celles liées à leur formation. Les modèles de formation mis en place pour expliquer les planètes du système solaires sont à revoir entièrement si l'on veut tenter de les appliquer aussi aux planètes extrasolaires.