Dans le panorama des exoplanètes découvertes au cours des dernières années, certaines comportent des caractéristiques étonnantes. C’est particulièrement le cas des Neptune chauds, qui sont relativement rares. Mais Gliese 3470 b n’est pas un Neptune chaud ordinaire, car la planète perd son atmosphère à une vitesse jamais observée auparavant. 

Au regard de la vitesse à laquelle Gliese 3470 b perd son atmosphère, ce processus pourrait expliquer le si faible nombre de Neptune chauds détectés jusqu’à maintenant. En effet, cette perte continuelle de masse les transformeraient en mini-Neptunes, l’un des types d’exoplanète les plus communs découverts par la mission Kepler.

« La question a été, où sont passés les Neptune chauds ? » déclare Vincent Bourrier, planétologue à l’Université de Genève. « Si nous traçons un graphe comprenant la taille d’une planète et la distance à l’étoile, on y voit un désert, un trou, dans cette distribution. C’est un casse-tête ».

Un Neptune chaud est une planète géante, de la taille et de la masse de Neptune ou d’Uranus, mais beaucoup plus proche de son étoile hôte — plus proche que la distance entre la Terre et le Soleil. Par conséquent, il fait aussi plus chaud, avec une température atmosphérique d’environ 927 °C.

Il existe d’autres planètes similaires à Neptune, mais on les trouve généralement en orbite beaucoup plus loin de leur étoile. Donc, les Neptune chauds sont plutôt rares en général ; ou bien ils se forment fréquemment, mais disparaissent d’une manière ou d’une autre tout aussi fréquemment.

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Graphique présentant la distribution des rayons des planètes en fonction de la distance à leur étoile. Le phénomène d’évaporation des planètes chaudes conduit à un désert dans la distribution des planètes chaudes de taille intermédiaire. Les Neptune chauds GJ 3470b et GJ 436b se trouvent au bord de ce désert. Crédits : V. Bourrier et al. 2018

Ou alors, ils se métamorphosent en un autre objet, selon la dernière découverte de Hubble. Gliese 3470 b (GJ 3470b en abrégé) n’est pas la seule planète en évaporation que les scientifiques ont pu observer. Il y a aussi Gliese 436 b, dont l’évaporation a été détectée il y a quelques années, mais ne montrait pas un rythme particulièrement rapide.

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Une équipe internationale d’astronomes a découvert que GJ 3470b, bien qu’à une distance de son étoile similaire à GJ 436b, est beaucoup plus chaude — et perd son atmosphère 100 fois plus rapidement selon les observations de Hubble, qui révèlent la formation d’un nuage d’hydrogène soufflé dans l’espace autour de la planète. Si ce phénomène continue, elle pourrait devenir une mini-Neptune, voire une super-Terre, selon les astronomes. Les résultats de la découverte ont été publiés dans la revue Astronomy & Astrophysics.

« Le fait que les planètes puissent perdre une fraction importante de leur masse n’est pas négligeable » affirme David Sings, physicien et planétologue à l’Université Johns Hopkins. « GJ 3470b perd plus de sa masse que n’importe quelle autre planète que nous ayons vue jusqu’à présent. Dans seulement quelques milliards d’années, la moitié de la planète aura peut-être disparu ».

Les deux planètes gravitent à environ 6 millions de kilomètres autour de leurs étoiles (un peu plus de 10% de la distance entre le Soleil et Mercure, soit 58 millions de kilomètres), mais GJ 436b orbite autour d’une vieille naine rouge, une étoile relativement froide et stable ayant entre 4 et 8 milliards d’années.

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Vision d’artiste d’une planète dont l’atmosphère est soufflée par les puissants vents de l’étoile hôte. Crédits : NASA, ESA, and D. Player (STScI)

GJ 3470b tourne autour d’une étoile beaucoup plus jeune, une naine rouge âgée de 2 milliards d’années seulement. Cette dernière est plus chaude et plus turbulente, ce qui signifie le GJ 3470b subit un rayonnement beaucoup plus intense. Le résultat de ce phénomène — observé dans d’autres planètes en train de s’évaporer — est que l’atmosphère est chauffée au point de disparaître.

De plus, bien que les deux planètes soient de taille comparable, GJ 3470b est moins dense que GJ 436b, ce qui signifie que son emprise gravitationnelle sur son atmosphère n’est pas aussi forte. C’est un résultat qui confirme que l’évasion atmosphérique joue un rôle majeur dans l’absence statistique de Neptune chauds, selon Bourrier.

« Je pense que c’est le premier cas aussi dramatique en matière d’évolution planétaire » indique Bourrier. « C’est l’un des exemples les plus extrêmes d’une planète qui subit une importante perte de masse au cours de son existence. Cette importante perte de masse a des conséquences majeures sur son évolution, et a une incidence sur notre compréhension de l’origine et du destin de la population d’exoplanètes proches de leur étoiles ».

L’équipe espère étendre ses recherches en utilisant le télescope spatial James Webb, dont le lancement est prévu pour 2021. Son instrumentation plus sensible pourrait détecter les fuites d’hélium, ce qui permettrait d’étendre la recherche de mini-Neptunes et compléter les modèles de distribution statistique actuels.

Source : Astronomy & Astrophysics

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