Il existe une catégorie rare de planètes, appelées "super-puff " ou "barbe à papa ", qui intriguent les astronomes : ce sont des mondes géants, mais très fins, avec des noyaux solides plus petits que ceux de Jupiter et de Saturne, recouverts d'une énorme enveloppe de gaz qui leur donne une taille incroyable. C'est le cas de l'exoplanète géante WASP-107b, découverte en 2017. Cependant, WASP-107b a une particularité qui la rend unique au sein de son type déjà étrange : sa masse est bien inférieure à ce qui était jugé nécessaire pour créer l'immense couche de gaz qui l'entoure.

 

Cette découverte intrigante de l'étudiante Carol

ine Piaulet de l'Institut de recherche sur les exoplanètes (iREx) de l'Université de Montréal (UdeM) au Canada suggère que les planètes géantes gazeuses se forment beaucoup plus facilement qu'on ne le pensait auparavant comme indiqué dans l'étude qui vient d'être publiée dans "Astronomical Journal" avec des collègues des États-Unis, d'Allemagne et du Japon.

"Ce travail a de grandes implications ", explique Björn Benneke, professeur d'astrophysique à l'UdeM et chef de l'équipe de chercheurs qui a également réussi pour la première fois en 2019 à détecter de l'eau sur une exoplanète située dans la zone habitable de son étoile. "Ce travail aborde les fondements mêmes de la façon dont les planètes géantes peuvent se former et se développer et fournit des preuves concrètes qu'une énorme accumulation d'une enveloppe de gaz peut être déclenchée pour des noyaux beaucoup moins massifs qu'on ne le pensait auparavant. "

 

Aussi gros que Jupiter mais 10 fois plus léger

WASP-107b a été détecté pour la première fois en 2017 autour de WASP-107, une étoile à environ 212 années-lumière de la Terre, dans la constellation de la Vierge. La planète est très proche de son étoile, plus de 16 fois plus proche que la Terre du Soleil. Aussi grosse que Jupiter mais 10 fois plus légère, WASP-107b est l'une des exoplanètes les moins denses connues.

 

Piaulet et son équipe ont d'abord utilisé les observations de WASP-107b de l'observatoire de Keck à Hawaï pour évaluer sa masse avec une plus grande précision. Ils ont utilisé la méthode de la vitesse radiale, qui permet de déterminer la masse d'une planète en observant le mouvement oscillant de son étoile hôte grâce à l'attraction gravitationnelle de la planète. C'est ainsi qu'ils ont conclu que la densité de cette planète "barbe à papa " est environ un dixième de celle de Jupiter.

L'équipe a ensuite effectué une analyse pour déterminer sa structure interne la plus probable: ils sont arrivés à la conclusion surprenante que, avec une densité aussi faible, la planète doit posséder un noyau solide pas plus de quatre fois la masse de la Terre. Cela signifie que plus de 85% de sa masse provient de l'épaisse couche de gaz qui entoure le cœur. En comparaison, Neptune, dont la masse est similaire à WASP-107b, n'a que 5% à 15% de sa masse totale dans sa coque à gaz.

 

"Nous avons eu beaucoup de questions sur WASP-107b ", dit Piaulet, "comment une planète si basse densité pourrait-elle se former ? Et comment a-t-il empêché son énorme couche de gaz de s'échapper, surtout compte tenu de la proximité de la planète avec son étoile ? Cela nous a incité à mener une analyse plus approfondie pour déterminer son historique de formation. "

 

Une géante gazière en devenir

Les planètes se forment dans le disque de poussière et de gaz qui entoure une jeune étoile, appelée disque protoplanétaire. Les modèles classiques de formation de planètes géantes gazeuses sont basés sur ce que nous savons de Jupiter et de Saturne. Ces théories affirment que c'est un noyau solide au moins 10 fois plus massif que la Terre pour accumuler une grande quantité de gaz avant que le disque ne se dissipe.

 

Sans noyau massif, les planètes géantes gazeuses n'étaient pas censées être capables de franchir le seuil critique nécessaire pour accumuler et conserver leurs grandes enveloppes gazeuses. Alors, comment expliquez-vous l'existence de WASP-107b ? La professeure de l'Université McGill, Eve Lee, experte de renommée mondiale sur les planètes comme WASP-107b, émet une hypothèse : "Pour WASP-107b, le scénario le plus plausible est que la planète s'est formée loin de l'étoile, où le gaz le disque est suffisamment froid pour qu'une accumulation de gaz puisse se produire très rapidement ", dit-il. Plus tard, la planète a pu migrer vers sa position actuelle, soit par des interactions avec le disque, soit avec d'autres planètes du système.

 

Une deuxième planète : WASP-107c

Les observations de cette recherche ont également conduit à une découverte supplémentaire qui serait la clé de la théorie de Lee : l'existence d'une deuxième planète, WASP-107c, avec une masse d'environ un tiers de celle de Jupiter, considérablement plus grande que celle de WASP-107b.

Cette nouvelle planète est beaucoup plus éloignée de l'étoile centrale : il faut trois ans pour terminer une orbite autour d'elle, tandis que WASP-107b prend 5,7 jours. De plus, les astronomes ont découvert qu'elle avait une orbite très excentrique, ce qui signifie que sa trajectoire autour de son étoile est plus ovale que circulaire. "WASP-107c a conservé à certains égards la mémoire de ce qui s'est passé dans son système ", dit Piaulet. "Sa grande excentricité pointe vers un passé plutôt chaotique, avec des interactions entre les planètes qui auraient pu conduire à des déplacements majeurs, comme celui suspecté pour WASP-107b. "

 

Encore plus d'inconnues

Au-delà de l'histoire de sa formation, il existe encore de nombreux mystères autour de WASP-107b. Les études de l'atmosphère de la planète avec le télescope spatial Hubble publiées en 2018 ont révélé une surprise : il contient très peu de méthane. "C'est étrange, car pour ce type de planète, le méthane devrait être abondant ", dit Piaulet. "Nous ré-analysons maintenant les observations de Hubble avec la nouvelle masse de la planète pour voir comment ces nouveaux résultats les affectent et pour examiner quels mécanismes pourraient expliquer la destruction du méthane."

En outre, on sait également que, du fait de sa densité si faible, il ne parvient pas à retenir son atmosphère, qui lui est lentement mais inexorablement "arrachée" par les émissions de l'étoile elle-même. Les scientifiques ont calculé que WASP-107b perd 0,1-0,4% de sa masse tous les 1 milliard d'années, et que la majeure partie de cette masse perdue est projetée sur son côté nuit, formant une énorme queue qui elle est trois à cinq fois plus grande que la planète elle-même, ce qui lui a valu son surnom de "super comète ".

 

"Les exoplanètes comme WASP-107b qui n'ont pas d'analogues dans notre système solaire nous permettent de mieux comprendre les mécanismes de formation des planètes en général et la variété d'exoplanètes qui en résulte ", poursuit le chercheur, qui prédit que le prochain télescope spatial James Webb pourra aider pour résoudre les énigmes qui contiennent encore ces planètes "barbe à papa ".

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Les naines rouges sont les étoiles les plus communes de notre galaxie. Plus petites et plus froides que le Soleil, leur nombre élevé signifie que de nombreuses planètes semblables à la Terre trouvées jusqu'à présent par les scientifiques sont en orbite autour de l'une d'entre elles. Le problème est que, pour maintenir des températures qui permettent l'existence d'eau liquide, condition essentielle à la vie, ces planètes doivent orbiter très près de leurs étoiles, beaucoup plus proches, en fait, que la Terre ne le fait du Soleil.

L'inconvénient est que les naines rouges sont capables de générer des éruptions intenses, beaucoup plus violentes et énergiques que celles lancées par notre Soleil relativement paisible, et cela a fait douter les scientifiques de leur capacité à héberger des planètes capables de soutenir la vie.

Ce n'est un secret pour personne que, dans une large mesure, la vie sur Terre dépend de l'énergie de son étoile pour exister. Ce qui ne veut pas dire que parfois, comme toutes les étoiles, le Soleil fait ressortir son génie et nous envoie de fortes fusées éclairantes qui ont le potentiel de rendre nos centrales électriques et nos réseaux de télécommunications inutiles. Malgré cela, le Soleil est relativement faible par rapport aux autres étoiles. Et parmi les plus violents, il y a justement les naines rouges.

Quel est l'effet des fusées éclairantes ?

Maintenant, une équipe de chercheurs a étudié comment l'activité de ces éruptions peut affecter les atmosphères et la capacité de soutenir la vie de planètes similaires à la nôtre qui gravitent autour d'étoiles de faible masse. L'ouvrage vient d'être publié dans Nature Astronomy.

Selon Allison Youngblood, astronome à l'Université du Colorado à Boulder et co-auteur de l'étude, "Notre Soleil est un géant silencieux. Il est plus vieux et moins actif que les étoiles plus petites et plus jeunes. De plus, la Terre a un puissant bouclier magnétique qui détourne la plupart des vents nuisibles du soleil. " Le résultat est une planète, la nôtre, grouillante de vie.

Mais pour les planètes qui gravitent autour des naines rouges, la situation est très différente. En fait, nous savons que les éruptions solaires et les éjections de masse coronale associées émises par ces étoiles peuvent être très préjudiciables aux perspectives de vie sur ces mondes, dont beaucoup n'ont pas non plus de bouclier magnétique. Selon les auteurs, en effet, ces événements ont une profonde influence sur l'habitabilité des planètes.

Les éruptions éventuelles et les éclaboussures au fil du temps (comme c'est le cas avec le soleil) ne sont pas un problème. Mais chez de nombreuses naines rouges, cette activité est pratiquement continue, avec des poussées fréquentes et prolongées. Dans l'étude, dit Howard Chen de l'Université Northwestern et premier auteur de l'article, "nous avons comparé la chimie atmosphérique des planètes qui subissent des éruptions fréquentes avec des planètes qui n'en subissent pas. La chimie atmosphérique à long terme est très différente continue, en effet pousser la composition atmosphérique d'une planète vers un nouvel équilibre chimique. "

Un espoir pour la vie

La couche d'ozone de l'atmosphère, qui protège une planète des rayons ultraviolets nocifs, peut être détruite par une intense activité de torche. Cependant, au cours de leur étude, les chercheurs ont été surpris : dans certains cas, l'ozone a effectivement persisté malgré les éruptions.

Selon Daniel Horton, auteur principal de la recherche, "Nous avons constaté que les éruptions stellaires n'excluent peut-être pas l'existence de la vie. Dans certains cas, la combustion n'érode pas tout l'ozone atmosphérique. La vie en surface peut encore avoir une chance de lutte ".

Un autre aspect positif de l'étude est la découverte que l'analyse des éruptions solaires peut aider dans la recherche de la vie. En fait, les torches peuvent faciliter la détection de certains gaz qui sont des biomarqueurs. Les chercheurs ont découvert, par exemple, qu'une éruption stellaire peut mettre en évidence la présence de gaz tels que l'acide nitrique, le dioxyde d'azote et l'oxyde nitreux, qui peuvent être générés par des processus biologiques et donc indiquer la présence de vie.

"Les phénomènes météorologiques spatiaux", dit Chen, "sont souvent considérés comme un inconvénient pour l'habitabilité. Mais notre étude a montré quantitativement que ces phénomènes peuvent nous aider à détecter des signatures gazeuses significatives qui pourraient signifier des processus biologiques. "

by Blaine Curcio and Jean Deville As part of the partnership between SpaceWatch.Global and Orbital Gateway Consulting we have been granted permission to publish selected articles and texts. We are pleased to present “Dongfang Hour China Aerospace News Roundup 11 Jan – 17 Jan 2021”. Hello and welcome to another episode of the Dongfang Hour …

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