Une exoplanète colossale est l’une des super-terres les plus massives jamais découvertes

Une exoplanète récemment découverte à seulement 200 années-lumière de nous pourrait apporter un nouvel éclairage sur l’un des plus étranges mystères de la science planétaire.

Une impression d’artiste de TOI-1075b. (NASA/JPL-Caltech)

Avec un rayon d’environ 1,8 fois celui de la Terre, l’objet nommé TOI-1075b se classe parmi les plus grands exemples d’exoplanètes super-terrestres que nous ayons trouvés à ce jour. Il se situe également dans ce que nous appelons l’écart de rayon des petites planètes, un déficit apparent de planètes entre 1,5 et 2 rayons terrestres.

Des super-Terres rocheuses légèrement plus petites ont été trouvées. Il en va de même pour des mondes légèrement plus grands, dotés d’une atmosphère bouffie, connus sous le nom de mini-Neptunes. Mais entre les deux, c’est une sorte de désert.

Cette circonférence supplémentaire n’est pas que de la gonflette, non plus. La masse de TOI-1075b est 9,95 fois celle de la Terre. C’est beaucoup trop pour un monde gazeux ; à la densité déduite, l’exoplanète est probablement rocheuse, comme Mercure, la Terre, Mars et Vénus. Cette particularité en fait un candidat idéal pour sonder les théories de formation et d’évolution des planètes.

L’écart de rayon des petites planètes n’a été identifié qu’il y a quelques années, en 2017, lorsque nous disposions d’un catalogue d’exoplanètes (planètes extrasolaires, ou planètes situées en dehors du système solaire) suffisamment important pour que les scientifiques remarquent une tendance. Pour les exoplanètes situées à une certaine proximité de leur étoile, très peu de mondes ont été trouvés qui chevauchent cet écart.

Il existe plusieurs explications possibles à ce phénomène ; la principale semble être qu’en dessous d’une certaine taille, une exoplanète n’a tout simplement pas la masse nécessaire pour conserver une atmosphère contre le rayonnement d’évaporation si proche de l’étoile hôte. Selon ce modèle, les exoplanètes situées dans le trou noir devraient donc avoir une atmosphère assez importante, composée principalement d’hydrogène et d’hélium.

C’est le cas de TOI-1075b. Elle a été détectée dans les données du télescope de chasse aux exoplanètes de la NASA, TESS. TESS, qui signifie Transiting Exoplanet Survey Satellite, recherche des creux faibles et réguliers dans la lumière d’autres étoiles, suggérant que ces étoiles sont en orbite autour d’une exoplanète. Les astronomes peuvent également déterminer le rayon de cette exoplanète en fonction de la quantité de lumière de l’étoile qui est atténuée.

Les données de TESS suggèrent que l’étoile naine orange TOI-1075 est en orbite autour d’une exoplanète dont le rayon est environ 1,72 fois celui de la Terre et dont la période orbitale est d’environ 14,5 heures. Cela a attiré l’attention de l’astronome Zahra Essack du MIT, qui étudie les super-terres chaudes. À ce rayon et à cette proximité, le monde candidat de l’époque répondait aux critères d’un monde à écart de rayon.

L’étape suivante pour tenter de comprendre la nature de cette exoplanète a été de la peser. Cela implique de tirer parti d’un effet différent qu’une exoplanète a sur son étoile hôte : la gravité. La majeure partie de la gravité dans une interaction étoile-planète est fournie par l’étoile, mais la planète exerce également une petite poussée gravitationnelle sur l’étoile. Cela signifie qu’une étoile oscille très légèrement sur place, et les astronomes peuvent le détecter par de minuscules changements dans la lumière de l’étoile.

Si nous connaissons la masse de l’étoile, ces changements peuvent être utilisés pour évaluer la masse de la planète qui secoue l’étoile. La masse et le rayon de TOI-1075 représentent environ 60 % de ceux de notre propre Soleil. Essack et ses collègues ont donc pu calculer avec précision la masse de l’exoplanète à 9,95 masses terrestres. Et leurs mesures de précision de la taille ont donné 1,791 rayon terrestre.

Si vous connaissez la taille et le poids d’un objet, vous pouvez alors calculer sa densité moyenne. Et TOI-1075b ? Il s’est avéré être une vraie bombe. Il a une densité de 9,32 grammes par centimètre cube. C’est presque le double de la densité de la Terre, qui est de 5,51 grammes par centimètre cube, ce qui en fait une candidate au titre de super-Terre la plus dense du monde.

Une exoplanète dans l’écart de masse devrait avoir une atmosphère hydrogène-hélium substantielle. La densité de TOI-1075b est incompatible avec une atmosphère substantielle. C’est très curieux. Mais ce que l’exoplanète pourrait avoir à la place est potentiellement encore plus fascinant.

“Sur la base de la composition prévue de TOI-1075b et de sa période orbitale ultra-courte, nous ne nous attendons pas à ce que la planète ait conservé une enveloppe H/He”, écrivent les chercheurs dans leur article.

“Mais TOI-1075b pourrait soit ne pas avoir d’atmosphère (roche nue), soit avoir une atmosphère de vapeur de métal/silicate dont la composition est déterminée par le magma-océan en cours de vaporisation à la surface, puisque la température d’équilibre de TOI-1075b est suffisamment chaude pour faire fondre une surface rocheuse, soit, surtout dans la partie basse de sa gamme de densité moyenne autorisée, avoir une mince atmosphère de H/He, de CO2 ou autre.”

Oui, vous avez bien lu. TOI-1075b est si chaude (parce qu’elle est si proche de son étoile) que sa surface pourrait être un océan de magma qui produit une atmosphère de roche vaporisée.

La bonne nouvelle ici est que nous pourrions le découvrir. Comme nous l’avons vu récemment, le JWST est très efficace pour scruter l’atmosphère des exoplanètes. En le pointant sur TOI-1075b, nous devrions savoir si l’atmosphère de cette planète est mince, silicatée ou inexistante, et cette information pourrait révéler une bizarrerie jusqu’alors inconnue de la formation et de l’évolution des planètes, ainsi que la façon dont les super-terres perdent leur gaz.

Les recherches de l’équipe ont été acceptées dans The Astronomical Journal et sont disponibles sur arXiv.

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Source : Science Alert – Traduit par Anguille sous roche