Des astronomes découvrent l’une des super-Terres les plus massives jamais détectées

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Illustration de TOI-1075 b, l’une des super-Terres les plus massives détectées à ce jour. | NASA/JPL-Caltech
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L’exoplanète TOI-1075b orbite autour d’une étoile naine rouge-orange, située à 200 années-lumière de notre système. Son diamètre, estimé à environ 1,8 fois celui de la Terre, la classe parmi les plus grandes exoplanètes de type super-Terre découvertes à ce jour. Elle se situe également dans le mystérieux « écart de Fulton », qui désigne un intervalle de rayons planétaires au sein duquel les exoplanètes se font très rares. TOI-1075b pourrait ainsi aider à élucider cet étrange phénomène.

La planète TOI-1075b est une super-Terre chaude. Les super-Terres chaudes constituent un sous-ensemble de la population des super-Terres, dont le rayon est compris entre un et deux rayons terrestres, et dont la période orbitale est relativement courte (inférieure à 10 jours). Ces planètes présentent des températures de surface suffisamment élevées pour faire fondre les roches silicatées (> 800 K) en raison de la forte irradiation émise par leurs étoiles hôtes.

Leur découverte a soulevé de nombreuses questions non résolues concernant la formation, l’évolution et la composition des planètes rocheuses. « Les super-Terres chaudes sont des objets fascinants à étudier pour les connaissances qu’ils fournissent sur la perte/rétention atmosphérique, le cycle des substances volatiles, le comportement des matériaux à des températures extrêmes et l’histoire précoce de la Terre en tant que planète magma-océan », écrit l’équipe qui a découvert TOI-1075b à l’aide des données du Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) de la NASA.

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Une température de plus de 1000 °C !

La méthode des transits utilisée ici consiste à détecter les variations de luminosité d’une étoile, qui se produisent lorsqu’une planète orbitant autour d’elle se positionne entre l’observateur et l’étoile. Cette variation de lumière permet également de déterminer le rayon de ladite planète.

Plusieurs super-Terres ont déjà été découvertes de cette manière, notamment autour des étoiles Gliese 581, Kepler 62 ou encore Kepler 69. Les super-Terres seraient en fait particulièrement répandues dans notre galaxie ; pourtant, notre système solaire en est dépourvu, nos plus grosses planètes étant des géantes gazeuses. Il existe encore de nombreuses questions non résolues sur les atmosphères des super-Terres chaudes, notamment concernant leur existence, leur composition et leur évolution, notent les chercheurs.

La planète nouvellement découverte a un rayon d’environ 1,8 rayon terrestre, et une période orbitale de 14,5 heures — elle est donc vraiment très proche de son étoile (à 0,01159 unité astronomique, très exactement). Sa température est estimée à plus de 1000 °C ! Ceci exclut évidemment toute présence d’eau liquide sur cette planète ; sa surface pourrait plutôt être recouverte de lave en fusion, explique la NASA.

À partir des mesures de vitesse radiale — une technique qui repose sur les faibles « oscillations » d’une étoile dues à la gravité qu’une planète exerce sur elle —, les chercheurs ont également pu déterminer précisément sa masse : 9,95 masses terrestres ! Il s’agit donc d’une super-Terre véritablement énorme, située à la limite supérieure de la définition même des super-Terres. L’équipe précise par ailleurs que les données de vitesse radiale suggèrent la présence d’une planète supplémentaire dans le système, beaucoup plus éloignée de l’étoile, et d’environ 87 masses terrestres au minimum.

Une atmosphère dont la nature reste mystérieuse

Selon les modélisations, les super-Terres de cette taille devraient normalement posséder une atmosphère assez épaisse, composée d’hydrogène et d’hélium, expliquent les chercheurs. Mais sa masse volumique élevée (estimée à environ 9 g/cm3, soit quasiment le double de la masse volumique terrestre, qui est de 5,5 g/cm3), de même que son orbite extrêmement serrée, rendent cette possibilité peu probable.

Cette planète n’est donc pas un monde gazeux, mais bien une planète tellurique. Cela pourrait même être la super-Terre la plus dense jamais découverte. L’étude de TOI-1075b pourrait ainsi apporter un nouvel éclairage sur la formation de planètes rocheuses comme la nôtre.

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Si TOI-1075b apparaît comme une exoplanète vraiment exceptionnelle, c’est parce que les planètes de cette taille, orbitant si près de leur étoile, sont excessivement rares. L’écart de Fulton — qui se manifeste par un « fossé » du nombre d’exoplanètes dans l’intervalle des tailles comprises entre 1,5 et 2,0 rayons terrestres — est vraisemblablement dû au phénomène de photo-évaporation, susceptible d’entraîner une perte de masse atmosphérique sur des planètes proches et de faible masse, sous l’effet des rayonnements à haute énergie issus de leur étoile.

Les chercheurs envisagent plusieurs possibilités quant à la nature de l’atmosphère de TOI-1075b. « TOI-1075b pourrait soit ne pas avoir d’atmosphère du tout (roche nue) ; soit avoir une atmosphère de vapeur de métal/silicate dont la composition est déterminée par l’océan de magma 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 fine atmosphère de H/He, de CO2 ou autre », résument-ils.

Les futures observations du télescope James Webb, spécialement conçu pour caractériser les atmosphères lointaines, permettront sans doute d’en savoir plus à ce sujet et révéleront potentiellement un nouvel aspect des super-Terres.

Source : Z. Essack et al., arXiv

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