Une nouvelle catégorie d'exoplanètes est découverte
Publié par Redbran le 04/07/2019 à 14:00
Source: Université de Montréal
C'est une tâche colossale qui aura demandé cinq ans et la compilation de nombreux ensembles de données provenant des télescopes spatiaux Hubble et Spitzer de la NASA.


Pour sonder GJ 3470 b, les astronomes ont mesuré les changements de lumière stellaire (Stellaria est un genre de plantes herbacées annuelles ou vivaces, les stellaires, de la famille des Caryophyllaceae. Il comprend près de 90 espèces réparties à travers le monde.) lorsque 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...) passait devant et derrière 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.). Crédit: Illustration: NASA (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de l'aéronautique et de l'espace ») plus connue sous son abréviation NASA, est...), ESA et D. Player

L'équipe dirigée par Björn Benneke, professeur 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...) à 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). Aux États-Unis, au moment où...) de Montréal (Montréal est à la fois région administrative et métropole du Québec[2]. Cette grande agglomération canadienne constitue un centre majeur du commerce, de l'industrie, de la...), a ainsi réussi, pour la première fois, à reconstituer "l'empreinte" de la composition chimique d'une nouvelle catégorie de planètes, différentes de toutes celles de notre 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,...).

Celle que l'équipe du professeur Benneke a étudiée en particulier - décrite dans un article publié dans Nature Astronomy - s'appelle GJ 3470 b.

Il pourrait s'agir d'un croisement entre 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. C'est...) et Neptune, avec un vaste noyau rocheux recouvert d'une atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) composée 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...) si lourde qu'elle écrase tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) ce qui se trouve sous sa 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...). 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) et l'autre la contribution du corps à la force de gravitation (la masse grave). Ces...) de GJ 3470 b est 12,6 fois celle de la Terre, mais inférieure à celle de Neptune, qui est environ 17 fois celle de la Terre.

De nombreuses exoplanètes similaires ont été découvertes par l'observatoire spatial Kepler de la NASA. D'ailleurs, 80 % de celles qui composent notre galaxie (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de matière noire et contenant parfois un trou noir supermassif en son centre.) sont d'une masse et d'une taille plus ou moins équivalentes. Cela dit, les astronomes ne parvenaient pas à comprendre la nature chimique d'une telle planète - jusqu'à maintenant.

C'est en réalisant l'inventaire des composants de l'atmosphère de GJ 3470 b que l'équipe a pu mettre au jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent...) des indices sur la nature et l'origine de cette planète.

"Il s'agit d'une découverte très importante sur la formation des planètes, affirme Björn Benneke, dont l'équipe compte 16 chercheurs aux États-Unis et 1 aux Pays-Bas. GJ 3470 b a une 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.) très proche de son étoile et elle est 30 fois moins grosse que Jupiter, mais elle a réussi à agglomérer le même genre d'atmosphère composée d'hydrogène et d'hélium, et ce, quasi sans pollution (La pollution est définie comme ce qui rend un milieu malsain. La définition varie selon le contexte, selon le milieu considéré et selon ce que l'on peut entendre par malsain [1].) par des éléments plus lourds. Nous n'avons aucun équivalent de cette planète dans le système solaire et c'est ce qui rend cette découverte saisissante."

Changements de lumière stellaire


Le professeur Benneke, auteur principal de l'étude publiée dans "Nature Astronomy".
Les observations (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 explique la très...) spectroscopiques sont essentielles à l'étude de l'atmosphère d'un monde (Le mot monde peut désigner :) comme GJ 3470 b. Pour sonder la planète, les astronomes ont fait appel aux multiples longueurs d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de...) offertes par les télescopes Hubble et Spitzer. Ils ont mesuré les changements de lumière stellaire lorsque la planète passait devant son étoile (transit) et derrière son étoile (éclipse). Au total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un total est le résultat d'une addition, c'est-à-dire une somme. Exemple : "Le total des dettes". En physique le total n'est pas forcément...), les deux télescopes spatiaux ont observé 12 transits et 20 éclipses.

"Nous avons pour la première fois une signature spectroscopique d'une planète de ce genre", observe le professeur Benneke, auteur principal de l'étude, qui ajoute que, pour l'instant (L'instant désigne le plus petit élément constitutif du temps. L'instant n'est pas intervalle de temps. Il ne peut donc être considéré comme une durée.), son équipe n'a pas encore statué sur la dénomination du type de planète dont fait partie GJ 3470 b et qui pourrait être une "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...)", une "sub-Neptune" ou autre chose.

En revanche, l'équipe du professeur Benneke est en mesure de caractériser avec précision l'atmosphère de GJ 3470 b: principalement dégagée, elle est uniquement couverte de brumes légères et transparentes sous une lumière 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.), ce qui a permis aux chercheurs de l'examiner en profondeur.

"Nous nous attendions à trouver une atmosphère fortement enrichie en éléments plus lourds comme l'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.) et 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.), qui créent beaucoup de vapeur () et de méthane (Le méthane est un hydrocarbure de formule brute CH4. C'est le plus simple composé de la famille des alcanes. C'est un gaz que l'on trouve à l'état naturel et qui est produit par des organismes vivants. Il est...), raconte Björn Benneke. Nous avons plutôt découvert une atmosphère si pauvre en éléments lourds que sa composition ressemble à la composition riche en hydrogène et en hélium du 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 composée...)."

Une planète créée près de son étoile

Pour Björn Benneke, ce nouvel indice laisse penser que, contrairement à d'autres exoplanètes qu'on soupçonne d'avoir migré vers leur étoile de beaucoup plus loin dans la galaxie, GJ 3470 b se serait formée à l'endroit même où elle se trouve.

Pourquoi ? Probablement parce que la planète est née dangereusement près de son étoile, 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.). Selon l'hypothèse du professeur Benneke, elle aurait d'abord pris la forme d'une masse rocheuse et sèche d'une fois et demie à deux fois 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 est aussi la longueur de ce segment. Pour indiquer qu'une valeur...) de la Terre, puis elle aurait rapidement accrété de l'hydrogène en provenance du 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.) primordial de 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...) entourant son étoile.

"Si la planète s'était formée plus loin de son étoile, où l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) et les glaces astronomiques peuvent se condenser, nous aurions pu nous attendre à trouver plus d'eau et de méthane dans l'atmosphère", explique le professeur.

"Voilà 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, et qui peut être désigné...) qui a pu accréter de l'hydrogène du disque protoplanétaire (Les étoiles se forment à partir d'un nuage de gaz et de poussières dont la partie centrale s'effondre sur elle-même. Puis, à l'intérieur de la nébuleuse résiduelle, la...), mais qui ne s'est pas éloigné pour devenir ce que nous appelons un “Jupiter chaud” - c'est intrigant. L'une des explications possibles est que le disque circumstellaire s'est dissipé avant que la planète puisse grossir davantage. Elle est donc demeurée au stade (Un stade (du grec ancien στ?διον stadion, du verbe ?στημι istêmi, « se tenir droit et ferme ») est un équipement sportif.) de “sub-Neptune”."

Bientôt, grâce à sa sensibilité sans précédent au spectre infrarouge, le télescope spatial (Un télescope spatial est un télescope placé au delà de l'atmosphère. Le télescope spatial présente l'avantage par rapport...) James-Webb de la NASA sera capable de sonder encore plus profondément l'atmosphère de GJ 3470 b. Il sera ainsi possible d'observer de plus près les transits et les éclipses de la planète avec une précision de trois à cinq micromètres, échelle à laquelle les brumes atmosphériques sont plus transparentes.

À propos de l'étude

L'article "A sub-Neptune exoplanet with a low-metallicity methane-depleted atmosphere and Mie-scattering clouds", de Björn Benneke et ses collaborateurs, a été publié le 1er juillet 2019 dans Nature Astronomy. Principalement financée par la NASA, cette étude est basée en partie sur les observations réalisées au moyen du télescope spatial Spitzer (Le télescope spatial Spitzer est le plus gros télescope infrarouge lancé par la NASA. Ces longueurs d'ondes ne pouvant être observées utilement depuis le...), exploité par le Jet Propulsion Laboratory (Le Jet Propulsion Laboratory (JPL), basé à Pasadena aux États-Unis, est une joint-venture entre la NASA et le Caltech qui est chargé de la...) du California Institute of Technology en vertu d'un contrat avec la NASA. Le reste du financement provient du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada, du Fonds 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, la recherche scientifique désigne également le cadre...) du Québec – Nature et technologies et d'autres organismes.
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