Des chercheurs découvrent une surprenante exoplanète à cœur ouvert

Publié par Adrien le 02/07/2020 à 09:00
Source: Université de Genève
Une équipe internationale d'astronomes, dont des chercheurs de l'UNIGE, a découvert le premier noyau mis à nu d'une planète.

TOI 849 b est une planète plutôt singulière: elle a non seulement été trouvée dans "le désert des Neptunes" (une région proche des étoiles où presqu'aucune planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour que sa gravité la maintienne en équilibre hydrostatique, c'est-à-dire...) de cette taille et de cette densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de...) n'évolue), mais elle est également dépourvue d'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :), laissant son noyau à nu. Selon une équipe d'astronomes internationale dirigée par l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures)....) de Warwick et en collaboration notamment avec des chercheurs de l'Université de Genève (L'université de Genève (UNIGE) est l'université publique du canton de Genève en Suisse. Fondée en 1559 par Jean Calvin, sous le nom d'Académie de Genève, comme un séminaire...) (UNIGE), il pourrait s'agir soit d'une planète géante gazeuse (Les géantes gazeuses sont les plus grandes des planètes. Elles sont dites gazeuses, par opposition aux planètes telluriques, en raison de l'épaisse...) dont l'atmosphère aurait été soufflée par le rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) de son étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une énorme boule de plasma comme le Soleil, qui est l'étoile la plus proche de...) en raison de la proximité de celle-ci, soit d'une géante (Une étoile géante est une étoile de classe de luminosité II ou III. Dans le diagramme de Hertzsprung-Russell, les géantes forment deux branches au-dessus de la...) gazeuse tombée "en panne", c'est-à-dire qui n'aurait pas réussi à développer correctement son atmosphère. Cette découverte offre une occasion unique d'analyser l'intérieur d'une planète, son noyau étant directement observable (Dans le formalisme de la mécanique quantique, une opération de mesure (c'est-à-dire obtenir la valeur ou un intervalle de valeurs d'un paramètre physique, ou plus généralement...). Une première à lire dans la revue Nature.


Impression d'artiste montrant une planète de la taille de Neptune dans le "désert (Le mot désert désigne aujourd’hui une zone stérile ou peu propice à la vie, en raison du sol impropre, ou de la faiblesse des précipitations...) neptunien". Il est extrêmement rare de trouver un objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise,...) de cette taille et de cette densité si près de son étoile. @ University of Warwick/Mark Garlick

Une équipe internationale d'astronomes a observé pour la première fois le noyau survivant d'une géante gazeuse de la même taille que Neptune. "Nous posons deux hypothèses, explique David Armstrong, chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de chercheur tant les domaines...) au Département de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la...) de l'Université de Warwick et premier auteur de l'étude: soit TOI 849 b est une géante gazeuse qui a été dépouillée de son atmosphère, soit elle n'a pas réussi à en former une au début de sa vie (La vie est le nom donné :)." Cette particularité exposant (Exposant peut signifier:) directement le noyau, elle offre pour la première fois une occasion unique de scruter l'intérieur d'une planète et d'en apprendre davantage sur sa composition.

Situé autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres Erythrotriorchis, Kaupifalco,...) d'une étoile semblable à la nôtre à environ 730 années-lumière de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes....), le noyau de TOI 849 b orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.) si près de son étoile hôte qu'une année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.) ne dure que 18 heures (L'heure est une unité de mesure  :) et que sa température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est...) de surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement...) est d'environ 1500 °C. TOI 849 b a été découverte par le satellite (Satellite peut faire référence à :) de la NASA (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de l'aéronautique et de l'espace ») plus connue sous son abréviation NASA, est l'agence gouvernementale responsable du programme spatial...) TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) qui détermine la présence d'une planète grâce au transit, une brève éclipse (Une éclipse correspond à l'occultation d'une source de lumière par un objet physique. En astronomie, une éclipse se produit lorsqu'un objet (comme une planète ou un satellite naturel) occulte une source de lumière (comme une étoile...) provoquée par le passage de la planète devant son étoile. Il s'est ensuite avéré que TOI 849 b est située dans le "désert des Neptunes", un terme utilisé par les astronomes pour désigner une région proche des étoiles où l'on voit rarement des planètes de densité intermédiaire entre celle de la Terre (principalement rocheuse) et celle d'une planète avec une atmosphère étendue (par exemple Neptune).

Le signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux...) de transit a été confirmé et affiné grâce aux observations effectuées avec les dix télescopes robotiques de NGTS (Next-Generation Transit Survey), mis au point (Graphie) par le Département d'astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer leur origine, leur évolution, leurs propriétés physiques et chimiques. Elle ne doit pas être confondue avec la mécanique...) de la Faculté des sciences de l'UNIGE en collaboration avec cinq autres instituts anglais et allemands et basés à l'Observatoire européen austral (Le mot austral (du latin australis) est un adjectif qualifiant ce qui se situe dans l'hémisphère sud.) (ESO) à Paranal au Chili. L'objet a ensuite été analysé à l'aide de l'instrument de l'ESO HARPS, également construit à Genève et installé à La Silla. Cet instrument détermine la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte)...) des exoplanètes en mesurant les petits mouvements de va-et-vient de l'étoile dus à l'influence gravitationnelle de la planète sur celle-ci. Il s'agit de la méthode utilisée par les prix Nobel de physique (Le prix Nobel de physique est une récompense gérée par la Fondation Nobel, selon les dernières volontés du testament du chimiste Alfred...) genevois Michel Mayor (Michel Mayor (12 janvier 1942 dans le canton de Vaud, Suisse) est un astrophysicien suisse. Membre de l'observatoire de Genève et professeur...) et Didier Queloz pour la découverte de la première exoplanète (Une exoplanète, ou planète extrasolaire, est une planète orbitant autour d'une étoile autre que le Soleil. La plupart des exoplanètes découvertes à ce jour...) en 1995.

Dans le désert des Neptunes

L'équipe a déterminé que cet objet possède une masse deux à trois fois plus élevée que celle de Neptune tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en étant incroyablement dense. "Vis-à-vis de sa taille, cette planète est la plus dense que nous connaissons, poursuit David Armstrong. C'est la première fois que l'on découvre une planète de cette masse et avec des périodes de révolution aussi courtes. Cela nous indique qu'elle doit avoir une histoire très inhabituelle."

En effet, on s'attendrait à ce qu'une planète de cette masse ait accumulé de grandes quantités d'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) et d'hélium (L'hélium est un gaz noble ou gaz rare, pratiquement inerte. De numéro atomique 2, il ouvre la série des gaz nobles dans le tableau périodique des éléments. Son point d'ébullition est le plus bas...) dans son atmosphère lors de sa formation, se transformant en quelque chose de similaire à Jupiter. "Le fait que nous ne voyons pas ces gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz tend à...) suggère qu'il s'agit d'un noyau planétaire (Un planétaire désigne un ensemble mécanique mobile, figurant le système solaire (le Soleil et ses planètes) en tout ou partie. Généralement les astres représentés sont animés...) mis à nu, explique Stéphane Udry, professeur au Département d'astronomie de la Faculté des sciences de l'UNIGE et co-auteur de l'étude. C'est la première fois que nous découvrons un noyau intact d'une géante gazeuse autour d'une étoile."

Une planète ratée?

Deux théories permettraient d'expliquer pourquoi les astronomes observent directement le noyau d'une planète plutôt qu'une géante gazeuse typique. La première est que TOI 849 b était autrefois similaire à Jupiter mais qu'elle aurait perdu presque tout son gaz extérieur. Une disparition qui pourrait être due aux effets de marée (La marée est le mouvement montant (flux ou flot) puis descendant (reflux ou jusant) des eaux des mers et des océans causé par l'effet conjugué des forces de gravitation de la...) entre la planète et son étoile, à une "déchirure" de la planète parce qu'elle orbite trop près de son étoile ou encore à une collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de l'énergie et de l'impulsion de l'un des corps au second.) avec une autre planète.

La deuxième théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance...) se base sur le fait qu'il pourrait s'agir d'une géante gazeuse "ratée". Les scientifiques pensent qu'une fois que le noyau de la géante gazeuse s'est créé, quelque chose a mal tourné et la planète n'a jamais pu former d'atmosphère. "Une telle "avarie" peut se produire s'il y a un manque de matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état...) dans le disque (Le mot disque est employé, aussi bien en géométrie que dans la vie courante, pour désigner une forme ronde et régulière, à l'image d'un palet — discus en latin.) de poussière qui est à l'origine de la planète ou si celle-ci se forme tardivement alors que le disque ne contient plus assez de matière", explique François Bouchy, professeur au Département d'astronomie de la Faculté des sciences de l'UNIGE et également co-auteur de l'article.

Cette découverte offre pour la première fois la possibilité aux astronomes d'étudier le noyau d'une planète, observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré...) qui leur est impossible de faire dans notre propre système solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le Soleil et des corps célestes ou objets définis gravitant autour de lui (autrement dit, notre système planétaire) :...). "Il y a encore de grandes questions ouvertes sur la nature du noyau de Jupiter, par exemple, de sorte que des exoplanètes étranges et inhabituelles comme celle-ci ouvrent une nouvelle fenêtre (En architecture et construction, une fenêtre est une baie, une ouverture dans un mur ou un pan incliné de toiture, avec ou sans vitres.) sur la manière dont se sont formées les planètes", conclut Stéphane Udry.
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