Un jour nouveau sur la mystérieuse origine des "super-Terre"

Publié par Redbran le 17/02/2021 à 13:00
Source: Université McGill
Les mini-Neptune et les super-Terre, dont la taille peut atteindre quatre fois celle de la Terre, constituent la majorité des exoplanètes orbitant autour d'étoiles situées à l'extérieur de notre système solaire. Jusqu'à maintenant, nous pensions que les super-Terre (Une super-Terre est une planète extrasolaire plus massive que la Terre, mais...) étaient en fait le noyau rocheux de mini-Neptune dont l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) gazeuse avait été soufflée. Or, dans une étude parue récemment dans The Astrophysical Journal, des astronomes de l'Université McGill (L’Université McGill, située à Montréal au Québec, est une des...) montrent que certaines de ces exoplanètes n'ont jamais été enveloppées d'une atmosphère gazeuse, jetant un jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...) nouveau sur leur mystérieuse origine.


Représentation d'une des exoplanètes découvertes grâce à l'instrument HARPS, qui en a repéré plus de 50. Ici, HD 85512 b, super-Terre rocheuse | La planète orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps...) ici autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) de son étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une...) semblable au Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile...), HD 85512, dans la constellation (Une constellation est un ensemble d'étoiles dont les projections sur la voûte...) australe des Voiles (Les Voiles sont l’une des 88 constellations du ciel, visible essentiellement de...) Vela. C'est l'une des 16 super-Terre mises au jour à l'aide de l'outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son...) HARPS du télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant...) de 3,6 mètres à l'Observatoire de l'ESO, à La Silla. Elle est environ 3,6 fois plus massive (Le mot massif peut être employé comme :) que la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...) et est située en bordure de la zone habitable (En astronomie, une zone habitable (ZH) est une région de l'espace où les conditions sont...) de son étoile, où la présence d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) sous forme liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est...), voire de vie (La vie est le nom donné :), est théoriquement possible.
Image: ESO/M. Kornmesser

Les observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) nous ont appris que de 30 à 50 pour cent des étoiles hôtes possédaient soit des super-Terre, soit des mini-Neptune, en proportions à peu près égales pour les deux populations. Mais comment se sont formés ces astres ?

Une théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer,...) veut que la plupart des exoplanètes apparaissent sous forme de mini-Neptune; seulement, certaines sont dépouillées de leur coquille gazeuse par les rayonnements de l'étoile hôte, et seul subsiste alors un coeur rocheux dense. En théorie, notre galaxie (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de...) compterait donc très peu d'exoplanètes de la taille de la Terre ou plus petites encore, à savoir des Terre et des mini-Terre. Des observations récentes viennent toutefois remettre cette théorie en question.

Curieux d'en savoir davantage, les astronomes ont procédé à une simulation pour suivre l'évolution de ces mystérieuses exoplanètes. Leur modèle reposait sur des calculs thermodynamiques basés sur les paramètres que voici: masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) du noyau rocheux, distance entre l'exoplanète (Une exoplanète, ou planète extrasolaire, est une planète orbitant autour d'une...) et l'étoile hôte, et température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) des gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) environnants.

"Notre étude révèle que, contrairement aux théories qui avaient cours jusqu'à maintenant, certaines exoplanètes ne peuvent tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) simplement pas se constituer une atmosphère gazeuse", affirme une coauteure de l'étude, Eve Lee, professeure adjointe au Département de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) McGill et à l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) spatial de McGill.

Ce constat donne à penser que les super-Terre ne sont pas toutes d'anciennes mini-Neptune. Les exoplanètes sont plutôt nées après une seule distribution de roches, dans un disque (Le mot disque est employé, aussi bien en géométrie que dans la vie courante, pour désigner une...) de gaz et de poussières en rotation autour de l'étoile hôte. "Dans certains cas, une coquille gazeuse s'est formée autour de l'amas rocheux, mais dans d'autres, la masse rocheuse s'est dégagée de son atmosphère et est restée une super-Terre", explique-t-elle.

Naissance des mini-Neptune et des super-Terre Les planètes naissent, croit-on, dans un disque de gaz et de poussières en rotation autour des étoiles. Les amas rocheux plus gros que la lune (La Lune est l'unique satellite naturel de la Terre et le cinquième plus grand satellite du...) ont une force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un...) gravitationnelle assez grande pour attirer les gaz environnants, qui viendront les envelopper. Au fil du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...), cette coquille gazeuse se contracte en se refroidissant; d'autres gaz environnants viennent alors occuper l'espace libéré, ce qui fait grossir l'exoplanète. Lorsque la coquille entière s'est refroidie suffisamment pour être à la même température que les gaz nébulaires environnants, elle ne peut plus se contracter, et la croissance s'arrête.

Nichés dans une coquille ténue, les noyaux de petite taille restent des exoplanètes rocheuses. C'est la capacité de ces masses rocheuses de croître et de retenir la coquille gazeuse qui distingue une super-Terre d'une mini-Neptune.

"Nos constats nous éclairent sur l'origine des deux populations d'exoplanètes et, peut-être, sur leur nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...), indique Eve Lee. Grâce à la théorie proposée dans notre étude, nous pourrions un jour évaluer la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) d'exoplanètes rocheuses, comme les Terre et les mini-Terre."

À propos de l'étude
L'article "Primordial Radius Gap and Potentially Broad Core Mass Distributions of Super-Earths and Sub-Neptunes", par Eve Lee et Nicholas Connors, a été publié dans la revue The Astrophysical Journal.
DOI: https://doi.org/10.3847/1538-4357/abd6c7
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