Les saisons extrêmes d'une exoplanète

Publié par Adrien le 28/01/2022 à 09:00
Source: Université McGill
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 (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) sur XO-3b, une exoplanète (Une exoplanète, ou planète extrasolaire, est une planète orbitant autour d'une...) (une planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de...) à l'extérieur de notre système solaire) de type Jupiter chaude. L'orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps...) excentrique de la planète entraîne également des variations saisonnières des centaines de fois plus intenses que sur la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...).


XO-3b, une Jupiter chaude à l'orbite excentrique. Image: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (IPAC)

Dans un article publié récemment, une équipe de chercheurs dirigée par l'Université McGill (L’Université McGill, située à Montréal au Québec, est une des...) apporte un nouvel éclairage sur les saisons d'une planète à l'extérieur de notre système solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le...). Les chercheurs avancent que l'orbite ovale (Dans le sens étymologique, un ovale est une forme d'œuf. En mathématiques, et plus...), les températures à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) extrêmement élevées (2 000 °C; une chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent :...) 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 (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le...) 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 (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une...) que Mercure du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile...). Bien qu'il n'y en ait pas dans notre système solaire, elles semblent répandues dans la galaxie (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de...). 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 (Le froid est la sensation contraire du chaud, associé aux températures basses.) pour que des molécules comme celles de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) se solidifient – ou plutôt près de leur étoile? La première option concorde (Le Concorde est un avion de transport supersonique construit par l’association de...) 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 (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) McGill ont utilisé des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) du télescope spatial Spitzer (Le télescope spatial Spitzer est le plus gros télescope infrarouge lancé par la NASA. Ces...) de la NASA (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de...) – 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 (On distingue :) des vents sur la planète en obtenant la courbe (En géométrie, le mot courbe, ou ligne courbe désigne certains sous-ensembles du...) de phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et...) de la planète durant une révolution complète autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) de son étoile hôte.

Une orbite excentrique aux effets remarquables

"Cette planète est un cas extrêmement intéressant pour l'étude de la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il...) de l'atmosphère et de l'évolution intérieure, car sa masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) 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 (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) 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 (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...) 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 (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) 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 (La fusion nucléaire (dite parfois thermonucléaire) est, avec la fission, l’un des...).

Une planète qui produit sa propre chaleur

Des observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) réalisées dans le cadre de Gaia, une mission de l'Agence spatiale européenne (L’Agence spatiale européenne (ASE) (en anglais European Space Agency : ESA) est...), 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 (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant...) 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 (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) au long de l'année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié...). 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 marée est le mouvement montant (flux ou flot) puis descendant (reflux ou jusant) des eaux...). 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 (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée...) 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
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