Les 7 planètes de TRAPPIST-1 ont-elles la même composition ?

Publié par Redbran le 25/01/2021 à 09:00
Source: Université de Genève
Les universités de Berne, Genève et Zurich ont fait des découvertes étonnantes sur la composition des planètes de l'étoile TRAPPIST-1.


© Lead Art, Nasa/ JPL-Caltech.

L'étoile TRAPPIST-1 abrite le plus grand groupe de planètes de la taille de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...) jamais trouvé en dehors de notre système solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le...). Une étude internationale, à laquelle participent des chercheurs des universités de Berne, Genève et Zurich, démontre aujourd'hui que les exoplanètes ont des densités remarquablement similaires, fournissant de nouveaux indices sur leur composition.

Découvertes en 2016 à une quarantaine (La quarantaine (venant de l'italien : quaranta giorni, qui signifie 40 jours, ou bien du...) d'années-lumière de la Terre, les sept exoplanètes en orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps...) autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) de l'étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une...) Trappist-1 offrent un aperçu de l'immense variété des systèmes planétaires qui peuplent probablement l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.). Comme le rapporte le laboratoire Jet Propulsion (La propulsion est le principe qui permet à un corps de se mouvoir dans son espace environnant....) (JPL) de la NASA (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de...) dans un communiqué de presse (Un communiqué de presse est un document court envoyé aux journalistes dans le but de couvrir un...) publié aujourd'hui, une nouvelle étude publiée dans le Planetary Science Journal démontre que les planètes ont des densités remarquablement similaires. Des chercheurs des universités de Berne, Genève et Zurich, tous membres du Pôle de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) national PRN PlanetS, participent également à l'étude.

Un système idéal pour les observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...)

En 2018, des astronomes dirigés par Simon Grimm de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) de Berne, également impliqué dans l'étude actuelle, ont fourni (Les Foúrnoi Korséon (Grec: Φούρνοι...) le calcul le plus précis à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...) des masses des sept planètes orbitant autour de l'étoile TRAPPIST-1. Ces calculs ont permis de déterminer que les planètes ont approximativement la taille et la masse de la Terre (La masse de la Terre (M) est estimée à 5,9736×1024 kg. Elle est obtenue à...) et doivent donc être également rocheuses ou terrestres - par opposition aux planètes dominées par le gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...), comme Jupiter et Saturne.

Depuis la détection initiale en 2016 des mondes de TRAPPIST-1, les scientifiques ont étudié la famille de planètes à l'aide de plusieurs télescopes spatiaux et terrestres. Géré par le JPL de la NASA en Californie du Sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.), le télescope spatial Spitzer (Le télescope spatial Spitzer est le plus gros télescope infrarouge lancé par la NASA. Ces...), par exemple, a fourni plus de 1000 heures (L'heure est une unité de mesure  :) d'observations ciblées du système avant d'être mis hors service en janvier 2020. "Les nouvelles observations nous ont permis d'utiliser des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) de transit sur une période beaucoup plus longue que celle dont nous disposions pour les calculs de 2018. Avec les nouvelles données, nous avons pu affiner les déterminations de masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) et de densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la...) des sept planètes, et il s'est avéré que les densités dérivées des planètes sont encore plus similaires que ce que nous avions évalué auparavant, explique Simon Grimm. Ce résultat montre également combien il est important d'observer de tels systèmes exoplanétaires sur plusieurs années," ajoute-t-il.

"Le système TRAPPIST-1 est fascinant car autour de cette étoile unique, nous pouvons étudier la diversité des planètes rocheuses au sein d'un seul système. Et nous pouvons aussi en apprendre davantage sur une planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de...) en étudiant ses voisines. Ce système est donc une aubaine," déclare Caroline Dorn, astrophysicienne à l'Université de Zurich et co-auteure de l'article.


© Lead Art, Nasa/ JPL-Caltech.

Sept planètes de densité similaire

Dans notre propre système solaire, les densités des huit planètes sont très variables. Les géantes gazeuses, dominées par les gaz - à l'instar de Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune - sont plus grandes, mais beaucoup moins denses que les quatre planètes terrestres que sont la Terre, Vénus, Mars et Mercure. Les sept planètes TRAPPIST-1, en revanche, partagent toutes une densité similaire, ce qui rend ce système très différent du nôtre.

Le fait que les planètes TRAPPIST-1 partagent une densité similaire pourrait signifier qu'elles contiennent toutes à peu près la même proportion de matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...), que l'on pense être ceux qui composent la plupart des planètes rocheuses, comme le fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le...), l'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de...), le magnésium (Le magnésium est un élément chimique, de symbole Mg et de numéro atomique 12.) et le silicium (Le silicium est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Si...). Comme elles sont environ 8% moins denses que notre planète, la composition des planètes TRAPPIST-1 doit être sensiblement différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des...) de celle de la Terre. Sur la base de cette conclusion, les auteurs de l'article ont émis une hypothèse sur le mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses...) de constituants qui pourrait donner aux planètes TRAPPIST-1 cette densité spécifique.

L'eau et le fer comme explications possibles

Les astronomes ont notamment cherché à savoir si la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) des planètes pouvait être recouverte d'eau, ce qui en modifierait la densité globale. "En combinant les modèles de l'intérieur des planètes construits par l'Université de Berne et par l'Université de Zurich avec les modèles de l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) planétaire (Un planétaire désigne un ensemble mécanique mobile, figurant le système solaire...) que nous développons à l'Université de Genève (L'université de Genève (UNIGE) est l'université publique du canton de Genève en...), nous avons pu évaluer la teneur en eau des sept planètes TRAPPIST-1 avec une précision sans précédent pour cette catégorie de planètes," explique Martin Turbet, astrophysicien à l'Université de Genève et co-auteur de l'étude. L'écart de densité entre les planètes TRAPPIST-1 et la Terre pourrait en principe s'expliquer par la présence d'eau à hauteur (La hauteur a plusieurs significations suivant le domaine abordé.) d'environ 5% de leur masse totale. En comparaison, l'eau représente moins de 0.1% de la masse totale de la Terre. "Cependant, nos modèles de structure interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la...) et atmosphérique montrent que les trois planètes intérieures du système TRAPPIST-1 sont probablement sans eau, et que les quatre planètes extérieures n'ont pas plus de quelques pourcents d'eau, peut-être sous forme liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est...), à leur surface," continue Martin Turbet.

Eric Agol, astrophysicien à l'Université de Washington et auteur principal de la nouvelle étude, ajoute que toutes les planètes sont en effet susceptibles d'avoir une teneur en eau assez faible (probablement moins de quelques pour cent) car sinon, ce serait une coïncidence que les sept planètes aient juste assez d'eau présente pour avoir des densités aussi similaires.

Une autre façon d'expliquer cette densité plus faible est que les planètes TRAPPIST-1 ont une composition similaire à celle de la Terre, mais avec un pourcentage (Un pourcentage est une façon d'exprimer une proportion ou une fraction dans un ensemble. Une...) de fer plus faible - environ 21% par rapport aux 32% de la Terre. Le fer des planètes TRAPPIST-1 pourrait aussi être infusé avec des niveaux élevés d'oxygène, formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de...) de l'oxyde (Un oxyde est un composé de l'oxygène avec un élément moins...) de fer ou de la rouille. L'oxygène supplémentaire diminuerait alors la densité des planètes. La surface de Mars tire sa teinte rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait...) de l'oxyde de fer, mais comme ses trois frères et soeurs terrestres la Terre, Vénus et Mercure, elle possède un noyau composé de fer non oxydé. En revanche, si la densité plus faible des planètes TRAPPIST-1 était entièrement due au fer oxydé, alors les planètes devraient être rouillées de part en part et ne pourraient pas avoir de noyau de fer.

Eric Agol explique: "La densité plus faible pourrait être causée par une combinaison (Une combinaison peut être :) des deux scénarios - moins de fer globalement et un peu de fer oxydé. Dès lors, elles pourraient contenir moins de fer que la Terre et un peu de fer oxydé comme à la surface de Mars."

"Le ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.) nocturne est rempli de planètes, et ce n'est que depuis 30 ans que nous avons pu commencer à percer leurs mystères, notamment pour déterminer l'habitabilité de ces planètes," conclut Caroline Dorn.

Le système TRAPPIST-1

Les deux premières planètes confirmées dans le système TRAPPIST-1 ont été identifiées en 2016 par le petit télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant...) TRAPPIST (Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope) au Chili. Les observations ultérieures par Spitzer et les télescopes au sol ont montré que le système compte sept planètes.

Les sept exoplanètes ont été trouvées par la méthode de transit: cela signifie que les scientifiques ne peuvent pas voir les planètes directement (elles sont trop petites et trop faibles), ils cherchent donc des creux dans la luminosité (La luminosité désigne la caractéristique de ce qui émet ou réfléchit...) de l'étoile créés lorsque les planètes passent devant elle.

Les observations répétées des creux de luminosité de l'étoile et les mesures précises de la synchronisation des orbites des planètes ont permis aux astronomes d'effectuer des mesures précises des masses et des diamètres des planètes, qui ont à leur tour été utilisées pour calculer leurs densités.

Publication:
Cette recherche est publiée dans Planetary Science Journal - DOI: arxiv.org/abs/2010.01074

Contact:
Martin Turbet - Chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la...) Marie Curie (Marie Curie (née Maria Skłodowska le 7 novembre 1867 à Varsovie, Pologne...) au Département d'astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer...) - Faculté des sciences - martin.turbet at unige.ch
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