Lancé en avril 2018, le télescope spatial TESS est consacré à la traque d’exoplanètes. Et il y a quelques jours, la NASA a annoncé la découverte d’une exoplanète semblable à la Terre dans la zone habitable de son étoile, TOI 700. Cela signifie que les conditions présentes sur la planète, nommée TOI 700 d, pourraient permettre l’existence d’eau liquide à sa surface, sans que cela ne présage toutefois aucunement de la présence potentielle de vie. La découverte, confirmée par le télescope Spitzer, n’en reste pas moins importante, les chercheurs ayant réalisé plusieurs simulations pour contraindre les conditions climatiques et environnementales de l’exoplanète.
TOI 700 d est à ce jour l’une des rares planètes de la taille de la Terre découverte dans la zone habitable d’une étoile. D’autres incluent plusieurs planètes dans le système TRAPPIST-1 et d’autres mondes découverts par le télescope spatial Kepler de la NASA.
« TESS a été conçu et lancé spécifiquement pour trouver des planètes de la taille de la Terre en orbite autour d’étoiles proches » explique Paul Hertz, directeur de la division d’astrophysique au siège de la NASA. « Les planètes autour des étoiles proches sont plus faciles à suivre avec de grands télescopes dans l’espace et sur Terre. TOI 700 d est une découverte scientifique clé pour TESS. Confirmer la taille de la planète et le statut de la zone habitable avec Spitzer est une autre victoire pour Spitzer ».
TOI 700 d : une exoplanète située dans la zone habitable de son étoile
TESS surveille de grandes étendues de ciel, appelées secteurs, pendant 27 jours à chaque session. Ce long regard permet au satellite de suivre les changements de luminosité stellaire causés par une planète en orbite passant devant son étoile, un événement appelé transit.
TOI 700 est une petite étoile naine (type M) située à un peu plus de 100 années-lumière dans la constellation de la Dorade. Elle fait environ 40% de la masse et de la taille du Soleil et environ la moitié de sa température de surface.
L’étoile apparaît dans 11 des 13 secteurs observés par TESS au cours de la première année de la mission, et les astrophysiciens ont observé plusieurs transits effectués par ses trois planètes. L’étoile a été à l’origine mal classée dans la base de données TESS, comme étant plus similaire à notre Soleil, ce qui signifiait que les planètes semblaient plus grandes et plus chaudes qu’elles ne le sont vraiment. Plusieurs chercheurs, dont Alton Spencer, un lycéen travaillant avec des membres de l’équipe TESS, ont identifié l’erreur.
« Lorsque nous avons corrigé les paramètres de l’étoile, la taille de ses planètes a chuté, et nous avons réalisé que la plus externe était de la taille de la Terre et dans la zone habitable. De plus, en 11 mois de données, nous n’avons vu aucune éruptions de l’étoile, ce qui améliore les chances que TOI 700 d soit habitable et facilite la modélisation de ses conditions atmosphériques et de surface » déclare Emily Gilbert, astrophysicienne à l’Université de Chicago.
Des données confirmées et précisées par le télescope Spitzer
La planète la plus intérieure, appelée TOI 700 b, est presque exactement de la taille de la Terre, est probablement rocheuse et complète une orbite tous les 10 jours. La planète moyenne, TOI 700 c, est 2.6 fois plus grande que la Terre et boucle son orbite tous les 16 jours. Elle est probablement un monde dominé par le gaz.
TOI 700 d, la planète la plus externe connue du système et la seule dans la zone habitable, est 20% plus grande que la Terre, complète une orbite tous les 37 jours et reçoit de son étoile 86% de l’énergie que le Soleil fournit à la Terre.
Les données de Spitzer ont accru la confiance des astrophysiciens dans le fait que le TOI 700 d est une vraie planète et ont affiné leurs mesures de sa période orbitale de 56% et de sa taille de 38%. Elles ont également permis d’exclure d’autres causes astrophysiques possibles du signal de transit, telles que la présence d’une étoile compagnon plus petite et plus faible dans le système.
Parce que TOI 700 est très brillante, proche et ne montre aucun signe d’éruptions stellaires, le système est un candidat idéal pour des mesures de masse précises par les observatoires terrestres actuels. Ces mesures pourraient confirmer les estimations des scientifiques, selon lesquelles les planètes intérieures et extérieures sont rocheuses et la planète moyenne est gazeuse. Les missions futures pourraient être en mesure d’identifier si les planètes ont des atmosphères et, dans l’affirmative, même de déterminer leurs compositions.
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Plusieurs modèles atmosphériques et environnementaux simulés
Bien que les conditions exactes de TOI 700 d soient inconnues, les chercheurs peuvent utiliser les informations actuelles, telles que la taille de la planète et le type d’étoile qu’elle orbite, pour générer des modèles informatiques et faire des prévisions. Des chercheurs du Goddard Space Flight Center de la NASA ont modélisé 20 environnements potentiels de TOI 700 d pour évaluer si une version entraînerait des températures et des pressions de surface adaptées à l’habitabilité.
Leurs modèles climatiques 3D ont examiné une variété de types de surfaces et de compositions atmosphériques généralement associées à ce que les scientifiques considèrent comme des mondes potentiellement habitables. Parce que TOI 700 d est verrouillée par marée à son étoile, les formations de nuages et les modèles de vent de la planète peuvent être très différents de ceux de la Terre.
Une simulation incluait une TOI 700 d recouverte par l’océan avec une atmosphère dense, dominée par le dioxyde de carbone, similaire à la planète Mars primitive. L’atmosphère modèle contient une couche profonde de nuages sur le côté verrouillé. Un autre modèle dépeint TOI 700 d comme une version sans nuage de la Terre moderne, où les vents s’échappent du côté nocturne de la planète et convergent sur le point directement face à l’étoile.
L’attente de la comparaison entre spectres simulés et spectres mesurés
Lorsque la lumière stellaire traverse l’atmosphère d’une planète, elle interagit avec des molécules comme le dioxyde de carbone et l’azote pour produire des signaux distincts, appelés raies spectrales. L’équipe de modélisation, dirigée par Gabrielle Englemann-Suissa, a produit des spectres simulés pour les 20 versions modélisées de TOI 700 d.
« Un jour, lorsque nous aurons des spectres réels de TOI 700 d, nous pouvons revenir en arrière, les faire correspondre au spectre simulé le plus proche, puis à un modèle. C’est excitant parce que peu importe ce que nous découvrons sur la planète, cela va être complètement différent de ce que nous avons ici sur Terre » déclare Englemann-Suissa.
Cette vidéo de la NASA résume la découverte de TOI 700 d :
L'année-lumière est une unité de longueur utilisée pour exprimer
des distances astronomiques. Elle est définie par l'Union
Astronomique Internationale (UAI) comme la distance parcourue par
la lumière dans le vide pendant une année julienne (365.25 jours).
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