Les Neptunes chaudes, des planètes qui rétrécissent
Publié par Redbran le 20/12/2018 à 14:00
Source: Université de Genève (UNIGE)
Des astronomes de l'UNIGE expliquent la rareté des Neptunes chaudes par leur évaporation qui les transforme en super-Terres.


Vue d'artiste montrant un nuage géant d'hydrogène s'échappant d'une planète chaude de la taille de Neptune, à 97 années-lumière de la Terre. L'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 orbitent autour d'étoiles...) est minuscule comparée à 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 la Terre.), une naine rouge (En astronomie, les naines rouges sont les étoiles les moins massives ; en-deçà, ce sont les naines brunes, qui ne sont pas vraiment des étoiles.) nommé GJ 3470. Le rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule...) intense de l'étoile chauffe l'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) dans la haute atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) de la 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 sous une...) à tel point (Graphie) qu'il s'échappe dans l'espace. GJ3470b perd de l'hydrogène à un rythme 100 fois plus élevé qu'une Neptune chaude précédemment observée et dont l'atmosphère s'évapore également. © Crédit 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...), ESA, and D. Player (STScI)

"Mais où sont passées les Neptunes chaudes ?" C'est la question que se posent depuis longtemps les astronomes, face à l'absence mystérieuse de planètes de la taille de Neptune, très proches de leur étoile. Une équipe de chercheurs, dirigée par des astronomes de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission...) de Genève (UNIGE), vient de découvrir qu'une de ces planètes perd son atmosphère à un rythme effréné. Cette observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et...) renforce la 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...) selon laquelle les Neptunes chaudes perdent une grande partie de leur atmosphère et se transforment en de plus petites planètes nommées super-Terres, qui elles sont bien plus nombreuses. Des résultats à lire dans la revue Astronomy & Astrophysics.

Les pêcheurs seraient perplexes s'ils ne capturaient que de gros et de petits poissons (Les Poissons sont une constellation du zodiaque traversée par le Soleil du 12 mars au 18 avril. Dans l'ordre du zodiaque, elle se situe entre le Verseau à l'ouest...), mais peu de poissons de taille moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient chacun des membres de l'ensemble s'ils étaient tous identiques sans changer la...). C'est à peu de choses près ce qui arrive aux astronomes chasseurs d'exoplanètes. Ils ont en effet trouvé des planètes chaudes de la taille de Jupiter, ainsi que des super-terres chaudes – des planètes dont le diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère. Le diamètre...) ne dépasse pas 1,5 fois celui de la Terre –, mais pas de planètes proches de leur étoile de taille intermédiaire comme Neptune. Ce mystérieux déficit de Neptune chaudes, appelé aussi 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...), suggère deux explications: soit ces mondes sont rares, soit ils étaient abondants à un moment donné, mais ils ont disparu depuis.

Il y a quelques années, des astronomes de l'UNIGE utilisant le télescope spatial Hubble (Le télescope spatial Hubble (en anglais, Hubble Space Telescope ou HST) est un télescope en orbite à environ 600 kilomètres d'altitude, il effectue un tour complet de la Terre toutes les 100 minutes. Il est nommé en l'honneur de l'astronome...) de la NASA ont découvert que l'atmosphère de la Neptune (La Neptune est une barque utilisée sur le lac Léman destinée au transport des marchandises. Construite en 1904 à Locum sur la rive française du lac, elle est, avec La Vaudoise, un des...) tiède GJ 436b perdait de l'hydrogène. Cette perte n'est pas suffisante pour menacer l'atmosphère de GJ 436b, mais suggère que des Neptunes recevant plus d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) de leur étoile pourraient évoluer plus dramatiquement. C'est ce que viennent de confirmer ces mêmes astronomes, membres du pôle de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique,...) national PlanetS*. A l'aide de Hubble (Le télescope spatial Hubble (en anglais, Hubble Space Telescope ou HST) est un télescope en orbite à environ 600 kilomètres d'altitude, il effectue un tour complet de la Terre toutes les 100 minutes. Il est...), ils ont observé qu'une autre Neptune tiède, nommée GJ 3470b, perd son hydrogène 100 fois plus rapidement que GJ 436b. Les deux planètes résident à environ 3,7 millions de kilomètres (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international. Il est défini comme la distance parcourue par...) de leur étoile, soit un dixième de la distance entre Mercure et le Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type naine jaune, et...), mais l'étoile de GJ 3470b est bien plus jeune et énergétique. "C'est la première fois que l'on observe une planète perdre son atmosphère si vite que cela peut impacter son évolution", déclare Vincent Bourrier, 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...) au Département d'astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer leur origine, leur évolution, leurs propriétés...) de la Faculté des sciences de l'UNIGE,membre du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une...) européen FOUR (Un four est une enceinte maçonnée ou un appareil, muni d'un système de chauffage puissant, qui transforme, par la chaleur les produits et les objets. En cuisine, il permet de cuire des aliments. Dans un processus...) ACES** et premier auteur de cette étude. L'équipe estime que GJ 3470b aurait déjà perdu plus d'un tiers de sa masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de...).

"Jusqu'à maintenant, nous n'étions pas sûrs du rôle joué par l'évaporation (L'évaporation est un passage progressif de l'état liquide à l'état gazeux. Elle est différente de l'ébullition qui est une transition rapide. C'est un changement d'état appelé vaporisation.) des atmosphères dans la formation du désert", déclare Vincent Bourrier. La découverte de ces deux Neptunes tièdes perdant leur atmosphère en bordure de ce désert renforce l'idée que la version plus chaude de ces planètes est éphémère. Les Neptunes chaudes auraient ainsi rétréci pour devenir des mini-Neptunes, ou se seraient même érodées complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou autocomplétion, est une fonctionnalité...) pour ne laisser que leur cœur rocheux. "Cela pourrait expliquer l'abondance de super-Terres chaudes découverte", explique David Ehrenreich, professeur associé au département d'astronomie de la Faculté des sciences de l'UNIGE et co-auteur de l'étude.

L'évolution de la traque aux Neptunes chaudes

L'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et...) de l'évaporation de ces deux Neptune tièdes est encourageante, mais les membres de l'équipe savent qu'ils doivent en observer davantage pour confirmer leurs prédictions. Malheureusement, l'hydrogène qui s'échappe de ces planètes ne peut pas être détecté si celles-ci se trouvent à plus de 150 années-lumière de la Terre (GJ 3470b se trouve à 97 années-lumière), car l'hydrogène est alors caché par le gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière...) interstellaire. Les chercheurs prévoient donc d'utiliser Hubble pour chercher d'autres traces (TRACES (TRAde Control and Expert System) est un réseau vétérinaire sanitaire de certification et de notification basé sur internet...) d'échappement atmosphérique, car l'hydrogène pourrait entraîner avec lui des éléments plus lourds tels que le carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.). La solution pourrait aussi venir de l'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 parmi...), dont le rayonnement dans l'infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde supérieure à celle de la lumière visible mais plus courte que celle des micro-ondes.) n'est pas bloqué par le milieu interstellaire (En astronomie, le milieu interstellaire est le gaz raréfié qui, dans une galaxie, existe entre les étoiles et leur environnement proche. Ce gaz est habituellement extrêmement ténu, avec des densités typiques...). "L'hélium nous permettra d'élargir la portée de nos relevés, estime Vincent Bourrier. La sensibilité élevée du télescope spatial (Un télescope spatial est un télescope placé au delà de l'atmosphère. Le télescope spatial présente l'avantage par rapport à...) James Webb devrait nous permettre également de détecter l'hélium qui s'échappe des petites planètes, comme les mini-Neptunes, et de compléter nos observations de la bordure du désert."


Ce graphique situe les exoplanètes en fonction de leur taille et de leur distance par rapport à leur étoile. Chaque point représente une exoplanète. Des planètes de la taille de Jupiter (situées en haut du graphique) et des planètes de la taille de la Terre et des super-Terres (en bas) se trouvent à la fois proches et loin de leur étoile. Mais les planètes de la taille de Neptune (au milieu), proches de leur étoile, sont rares. Ce soi-disant désert de Neptune chaude montre que de tels mondes extraterrestres sont rares, ou qu'ils étaient abondants à une certaine époque, mais ont disparu depuis. L'observation que GJ3470b, une Neptune chaude à la limite du désert, est en train de perdre rapidement son atmosphère suggère que les Neptunes plus chaudes ont pu se transformer en super-Terre (Une super-Terre est une planète extrasolaire plus massive que la Terre, mais théoriquement moins massive qu'une géante gazeuse. Le terme de super-Terre est déterminé uniquement par la masse de la...) plus petites et rocheuses.


Notes:
*PlanetS est un Pôle National de Recherche, un instrument de recherche du Fond National Suisse pour la recherche scientifique (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne...), dédié à la recherche sur les exoplanètes.
** FOUR ACES, Future of Upper Atmospheric Characterisation of Exoplanets with Spectroscopy, est un projet financé par une bourse Consolidator du Conseil européen pour la Recherche (ERC) dans le cadre du programme de recherche et d'innovation Horizon (Conceptuellement, l’horizon est la limite de ce que l'on peut observer, du fait de sa propre position ou situation. Ce concept simple se décline en physique, philosophie, littérature, et bien...) 2020 de la Commission européenne (bourse n°724427).


Contact chercheur:
Vincent Bourrier, post-doctorant au Département d'astronomie - Faculté des sciences

Référence publication:
Cette recherche est publiée dans Astronomy & Astrophysics
DOI: 10.1051/0004-6361/201833675
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