Une exoplanète gazeuse un peu plus massive que Jupiter située à environ 80 années-lumière de la Terre intrigue les astronomes en ayant survécu à la mort de l’étoile autour de laquelle elle orbite. Elle aurait survécu soit en subsistant dans l’enveloppe externe de l’étoile pendant sa phase de géante rouge, soit en étant suffisamment éloignée pour ne pas être engloutie par l’étoile. Cette découverte éclaire sur le destin possible des planètes du Système solaire lorsque le Soleil entrera à son tour dans sa phase de géante rouge.
On estime que le Soleil entrera dans sa phase de géante rouge dans environ 5 milliards d’années lorsqu’il épuisera son combustible thermonucléaire, mettant en jeu la survie des planètes du Système solaire. Cette transition se manifestera par la dilatation de l’enveloppe externe du Soleil, qui pourrait alors atteindre 100 fois sa taille actuelle avant d’éjecter ses couches externes pour former une nébuleuse planétaire, tandis que son cœur deviendra une naine blanche.
Les modèles estiment qu’une fois géante rouge, le Soleil engloutira Mercure, Vénus et probablement la Terre. L’avenir des planètes plus éloignées, notamment les géantes gazeuses et de glace, demeure cependant incertain. On ignore si elles pourraient survivre ou non à l’éjection des couches externes du Soleil.
Une étude parue récemment dans la revue Nature apporte de nouveaux éléments d’information en rapportant pour la première fois la découverte d’une exoplanète qui a apparemment survécu à la mort de son étoile hôte.
« Nous avons l’habitude d’observer le passé grâce aux télescopes, mais c’est la première fois que nous pouvons nous projeter dans l’avenir et entrevoir ce qui pourrait arriver aux planètes extérieures autour du vestige d’une étoile semblable au Soleil », explique dans un communiqué de l’ESA, Ryan MacDonald, de l’Université de St Andrews au Royaume-Uni, l’auteur principal de l’étude. « C’est comme utiliser une machine à remonter le temps pour scruter le futur lointain de notre système solaire », ajoute-t-il.
Une survie antérieure à l’intérieur de la géante rouge ?
Baptisée WD 1856 b, l’exoplanète a été détectée pour la première fois en 2020 par le satellite Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) de la NASA et le télescope spatial Spitzer. Elle a ensuite été analysée de manière plus approfondie avec le télescope spatial James Webb (JWST) par le biais de l’étude de son transit devant son étoile hôte, WD 1856+534, située à environ 80 années-lumière dans la constellation du Dragon.
Lorsqu’une planète passe devant son étoile par rapport à notre point de vue, elle provoque une variation de luminosité détectable par nos télescopes. La comparaison de cette fluctuation avec celle provoquée par la lumière de l’étoile lorsqu’elle traverse l’atmosphère de la planète permet de déduire des informations telles que la composition de son atmosphère.
Les données du JWST indiquent que la masse de WD 1856 b se situe entre quatre et onze fois celle de Jupiter. Elle orbite extrêmement près de son étoile, notamment à une distance inférieure à 3 millions de kilomètres, soit à une distance environ 50 fois plus faible que celle séparant la Terre du Soleil. Elle orbite autour de la naine blanche en seulement 34 heures. Compte tenu de cette distance, elle aurait donc dû être engloutie par l’étoile lorsque celle-ci était une géante rouge.
« La planète a à peu près la taille de Jupiter, mais la naine blanche autour de laquelle elle orbite a la taille de la Terre ; la planète est donc sept fois plus grande que son étoile », explique MacDonald. La question est donc de savoir comment la planète a subsisté malgré l’éjection de l’enveloppe externe de son étoile.
Les chercheurs proposent deux théories. La première serait que la planète a bien été engloutie par la géante rouge mais aurait survécu à l’intérieur en attendant l’éjection de l’enveloppe externe de l’étoile. La seconde hypothèse serait que la planète était suffisamment distante pour survivre au processus de fin de vie de l’étoile, mais qu’elle se serait ensuite rapprochée par l’influence gravitationnelle des autres objets du système.
« La naine blanche fait partie d’un système triple, et les étoiles compagnes extérieures pourraient avoir influencé l’orbite de WD 1856 b », souligne Christopher O’Connor, de l’Université Northwestern aux États-Unis et co-auteur de l’étude.
Spectre de transmission NIRSpec de l’exoplanète WD 1856 b. Ce graphique représente le pourcentage de lumière bloquée (axe des ordonnées) en fonction de la longueur d’onde (axe des abscisses). © NASA, ESA, CSA, J. Olmsted (STScI)
Les indices d’une migration orbitale tardive
Des analyses plus approfondies ont permis de déterminer que la température de la planète avoisine les 126 °C, ce qui est nettement supérieur à celle qu’elle aurait si sa seule source de chaleur était la lumière de la naine blanche. Ce constat surprenant s’est avéré être l’élément clé qui a permis de comprendre comment la planète a atteint son orbite actuelle.
La chaleur de la planète proviendrait de l’énergie résiduelle d’une période antérieure où elle était chauffée. La datation de cette période permettrait de déterminer si le réchauffement est dû à l’engloutissement par la géante rouge ou à une migration vers l’intérieur du système. D’après les analyses des chercheurs, la migration vers l’intérieur, à l’origine de ce réchauffement, aurait commencé entre 3 et 5,5 milliards d’années après que l’étoile est devenue une naine blanche.
Au début de ce réchauffement, la planète aurait occupé une orbite plus large qui l’aurait plus ou moins protégée de la géante rouge. Elle n’aurait ensuite migré vers son emplacement actuel que plus tard. « À mesure que la planète se rapprochait, ses interactions avec la forte gravité de la naine blanche ont provoqué un réchauffement considérable, et elle se refroidit depuis », explique O’Connor.
Ces résultats offrent un premier aperçu de ce que pourraient devenir nos géantes gazeuses après la mort du Soleil. « Les autres planètes au-delà de la Terre auront une taille bien supérieure à celle du Soleil ; elles continueront donc très probablement à orbiter autour de la naine blanche laissée par le Soleil », a déclaré O’Connor, à Reuters.
« Cependant, comme le Soleil perdra environ la moitié de sa masse en devenant une naine blanche, nous nous attendons à ce que les survivants s’éloignent progressivement jusqu’à atteindre environ le double de leur distance orbitale actuelle. »
