Les saisons extrêmes d'une exoplanète

Des observations sur une Jupiter chaude pourraient nous aider à mieux comprendre l'origine et l'évolution des planètes

Imaginez un endroit où les vents sont tellement forts qu'ils soufflent à la vitesse du son. Ce n'est là qu'une caractéristique de l'atmosphère sur XO-3b, une exoplanète (une planète à l'extérieur de notre système solaire) de type Jupiter chaude. L'orbite excentrique de la planète entraîne également des variations saisonnières des centaines de fois plus intenses que sur la Terre.


Dans un article publié récemment, une équipe de chercheurs dirigée par l'Université McGill apporte un nouvel éclairage sur les saisons d'une planète à l'extérieur de notre système solaire. Les chercheurs avancent que l'orbite ovale, les températures à la surface extrêmement élevées (2 000 °C; une chaleur suffisante pour vaporiser la roche) ainsi que la constitution "barbe à papa" de XO-3b sont révélatrices de l'histoire de la planète. Ces découvertes pourraient permettre de faire progresser les connaissances scientifiques sur la formation et l'évolution des exoplanètes et de fournir un contexte pour les planètes de notre système solaire.

Les Jupiters chaudes sont des gigantesques corps gazeux comme Jupiter, mais qui orbitent plus près de leur étoile que Mercure du Soleil. Bien qu'il n'y en ait pas dans notre système solaire, elles semblent répandues dans la galaxie. Même si elles sont les exoplanètes les plus étudiées, d'importantes questions sur leur formation demeurent sans réponse. Pourrait-il exister des sous-classes de Jupiters chaudes qui se formeraient différemment ? Par exemple, ces planètes prennent-elles forme loin de leur étoile – à une distance où il fait suffisamment froid pour que des molécules comme celles de l'eau se solidifient – ou plutôt près de leur étoile? La première option concorde davantage avec les théories sur la naissance des planètes dans notre système solaire, mais on ignore encore pourquoi ces types de planètes migrent si près de leur étoile.

Pour mettre ces idées à l'épreuve, les auteurs d'une étude récente dirigée par l'Université McGill ont utilisé des données du télescope spatial Spitzer de la NASA – qui a été mis hors service – afin d'examiner l'atmosphère de l'exoplanète XO-3b. Ils ont observé des saisons excentriques et mesuré la vitesse des vents sur la planète en obtenant la courbe de phase de la planète durant une révolution complète autour de son étoile hôte.

Une orbite excentrique aux effets remarquables

"Cette planète est un cas extrêmement intéressant pour l'étude de la dynamique de l'atmosphère et de l'évolution intérieure, car sa masse se situe dans une catégorie intermédiaire où les processus normalement négligés pour des Jupiters chaudes moins massives pourraient entrer en jeu", explique Lisa Dang, auteure principale d'un article publié récemment dans The Astronomical Journal et doctorante au Département de physique de l'Université McGill. "L'orbite de XO-3b est ovale et non circulaire comme c'est le cas de presque toutes les autres Jupiters chaudes connues. Cela donne à penser que cette planète a récemment migré vers son étoile. Si c'est le cas, son orbite deviendra un jour plus circulaire."

L'orbite excentrique de la planète entraîne également des variations saisonnières des centaines de fois plus intenses que sur la Terre. "La planète entière reçoit trois fois plus d'énergie quand elle est à proximité de son étoile, durant un genre de court été, que lorsqu'elle est loin de son étoile", indique Nicolas Cowan, professeur à l'Université McGill.

Les chercheurs ont également estimé de nouveau la masse et le rayon de la planète et découvert que cette dernière était étonnamment plus dilatée que ce à quoi ils s'attendaient. Ils avancent que ce réchauffement pourrait être dû aux restes d'une fusion nucléaire.

Une planète qui produit sa propre chaleur

Des observations réalisées dans le cadre de Gaia, une mission de l'Agence spatiale européenne, ont permis de découvrir que la planète était plus dilatée que ce à quoi on s'attendait, ce qui indique qu'elle pourrait être particulièrement énergétique à l'intérieur. Les observations réalisées au moyen du télescope Spitzer indiquent que la planète produit une grande partie de sa chaleur, car les émissions thermiques en surplus de XO-3b ne sont pas saisonnières; on les observe tout au long de l'année. Il est possible que l'excès de chaleur provienne de l'intérieur de la planète par l'entremise d'un processus d'échauffement par les forces de marée. La compression gravitationnelle exercée par l'étoile sur la planète oscille lorsque l'orbite oblongue éloigne puis rapproche la planète de l'étoile. Les variations de la pression intérieure qui en résultent produisent de la chaleur.

Cette Jupiter chaude inusitée, souligne Lisa Dang, permet aux scientifiques de mettre à l'épreuve des idées sur les processus de formation susceptibles de produire certaines caractéristiques de ces exoplanètes. Par exemple, l'échauffement par forces de marée sur d'autres Jupiters chaudes pourrait-il également être le signe d'une migration récente? La planète XO-3b ne permettra pas à elle seule de résoudre ce mystère, mais elle sert d'importante mise à l'essai pour de nouvelles idées sur ces géantes incandescentes.

Publication:
"Thermal Phase Curves of XO-3B: An Eccentric Hot Jupiter at the Deuterium Burning Limit", par Lisa Dang et coll., a été publié dans The Astronomical Journal.
DOI: 10.3847/1538-3881/ac365f