Une planète “ super bouffée ” pas comme les autres –

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  • La masse centrale de l’exoplanète géante WASP-107b est bien inférieure à ce qui a été jugé nécessaire pour construire l’immense enveloppe de gaz entourant des planètes géantes comme Jupiter et Saturne, ont découvert des astronomes de l’Université de Montréal.

    Cette découverte intrigante par Ph.D. L’étudiante Caroline Piaulet de l’Institut de recherche sur les exoplanètes de l’UdeM (iREx) suggère que les planètes géantes gazeuses se forment beaucoup plus facilement qu’on ne le croyait auparavant.

    Piaulet fait partie de l’équipe de recherche révolutionnaire du professeur d’astrophysique de l’UdeM Björn Benneke qui a annoncé en 2019 la première détection d’eau sur une exoplanète située dans la zone habitable de son étoile.

    Publié aujourd’hui dans le Journal astronomique avec des collègues au Canada, aux États-Unis, en Allemagne et au Japon, la nouvelle analyse de la structure interne de WASP-107b “a de grandes implications”, a déclaré Benneke.

    «Ce travail aborde les fondements mêmes de la formation et de la croissance des planètes géantes», a-t-il déclaré. “Il fournit la preuve concrète que l’accrétion massive d’une enveloppe de gaz peut être déclenchée pour des noyaux beaucoup moins massifs qu’on ne le pensait auparavant.”

    Aussi gros que Jupiter mais 10 fois plus léger

    WASP-107b a été détecté pour la première fois en 2017 autour de WASP-107, une étoile à environ 212 années-lumière de la Terre dans la constellation de la Vierge. La planète est très proche de son étoile – plus de 16 fois plus proche que la Terre ne l’est du Soleil. Aussi grosse que Jupiter mais 10 fois plus légère, WASP-107b est l’une des exoplanètes les moins denses connues: un type que les astrophysiciens ont surnommé les planètes «super-bouffées» ou «barbe à papa».

    Piaulet et son équipe ont d’abord utilisé les observations de WASP-107b obtenues à l’observatoire Keck à Hawai’i pour évaluer sa masse avec plus de précision. Ils ont utilisé la méthode de la vitesse radiale, qui permet aux scientifiques de déterminer la masse d’une planète en observant le mouvement d’oscillation de son étoile hôte en raison de l’attraction gravitationnelle de la planète. Ils ont conclu que la masse de WASP-107b est environ un dixième de celle de Jupiter, soit environ 30 fois celle de la Terre.

    L’équipe a ensuite effectué une analyse pour déterminer la structure interne la plus probable de la planète. Ils sont arrivés à une conclusion surprenante: avec une densité aussi faible, la planète doit avoir un noyau solide ne dépassant pas quatre fois la masse de la Terre. Cela signifie que plus de 85% de sa masse est incluse dans l’épaisse couche de gaz qui entoure ce noyau. En comparaison, Neptune, qui a une masse similaire à WASP-107b, n’a que 5 à 15% de sa masse totale dans sa couche de gaz.

    “Nous avons eu beaucoup de questions sur WASP-107b”, a déclaré Piaulet. “Comment une planète d’une densité aussi faible a-t-elle pu se former? Et comment a-t-elle empêché son énorme couche de gaz de s’échapper, surtout compte tenu de la proximité de la planète avec son étoile?

    “Cela nous a motivés à faire une analyse approfondie pour déterminer son histoire de formation.”

    Une géante gazière en devenir

    Les planètes se forment dans le disque de poussière et de gaz qui entoure une jeune étoile appelée disque protoplanétaire. Les modèles classiques de formation de planètes géantes gazeuses sont basés sur Jupiter et Saturne. Dans ceux-ci, un noyau solide au moins 10 fois plus massif que la Terre est nécessaire pour accumuler une grande quantité de gaz avant que le disque ne se dissipe.

    Sans un noyau massif, les planètes géantes gazeuses n’étaient pas considérées comme capables de franchir le seuil critique nécessaire pour construire et conserver leurs grandes enveloppes de gaz.

    Comment alors expliquer l’existence de WASP-107b, qui a un noyau beaucoup moins massif? La professeure de l’Université McGill et membre d’iREx Eve Lee, une experte de renommée mondiale sur les planètes super-bouffées comme WASP-107b, a plusieurs hypothèses.

    “Pour WASP-107b, le scénario le plus plausible est que la planète s’est formée loin de l’étoile, là où le gaz dans le disque est suffisamment froid pour que l’accrétion de gaz puisse se produire très rapidement”, at-elle déclaré. “La planète a ensuite pu migrer vers sa position actuelle, soit par des interactions avec le disque, soit avec d’autres planètes du système.”

    Découverte d’une deuxième planète, WASP-107c

    Les observations de Keck du système WASP-107 couvrent une période beaucoup plus longue que les études précédentes, permettant à l’équipe de recherche dirigée par l’UdeM de faire une découverte supplémentaire: l’existence d’une deuxième planète, WASP-107c, d’une masse d’environ un tiers de celui de Jupiter, bien plus que celui de WASP-107b.

    WASP-107c est également beaucoup plus éloigné de l’étoile centrale; il faut trois ans pour terminer une orbite autour d’elle, contre seulement 5,7 jours pour WASP-107b. Intéressant également: l’excentricité de cette deuxième planète est élevée, ce qui signifie que sa trajectoire autour de son étoile est plus ovale que circulaire.

    “WASP-107c a gardé à certains égards la mémoire de ce qui s’est passé dans son système”, a déclaré Piaulet. “Sa grande excentricité fait allusion à un passé plutôt chaotique, avec des interactions entre les planètes qui auraient pu conduire à des déplacements importants, comme celui suspecté pour WASP-107b.”

    Plusieurs autres questions

    Au-delà de son histoire de formation, il existe encore de nombreux mystères entourant WASP-107b. Les études de l’atmosphère de la planète avec le télescope spatial Hubble publiées en 2018 ont révélé une surprise: il contient très peu de méthane.

    “C’est étrange, car pour ce type de planète, le méthane devrait être abondant”, a déclaré Piaulet. «Nous réanalysons maintenant les observations de Hubble avec la nouvelle masse de la planète pour voir comment cela affectera les résultats, et pour examiner quels mécanismes pourraient expliquer la destruction du méthane.

    Le jeune chercheur prévoit de continuer à étudier WASP-107b, avec un peu de chance avec le télescope spatial James Webb qui devrait être lancé en 2021, ce qui donnera une idée beaucoup plus précise de la composition de l’atmosphère de la planète.

    “Les exoplanètes comme WASP-107b qui n’ont pas d’analogue dans notre système solaire nous permettent de mieux comprendre les mécanismes de formation des planètes en général et la variété d’exoplanètes qui en résulte”, dit-elle. “Cela nous motive à les étudier en détail.”

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