Les chercheurs ont trouvé des preuves de l’existence d’un nouveau type de planète qu’ils appellent un « monde de l’eau », dans lequel l’eau constitue une grande partie de la planète entière. Ces mondes, situés dans un système planétaire distant de 218 années-lumière, ne ressemblent à aucune autre planète de notre système solaire.
L’équipe, dirigée par Caroline Piaulet de l’Institut de recherche sur les exoplanètes (iREx) de l’Université de Montréal, a publié une étude détaillée du système planétaire connu sous le nom de Kepler-138 dans la revue Nature Astronomy le 15 décembre.
Piaulet, membre de l’équipe de recherche de Björn Benneke à l’Université de Montréal, a observé les exoplanètes Kepler-138 c et Kepler-138 d avec les deux Télescope spatial Hubble NASA/ESA et le télescope spatial Spitzer de la NASA. Il a découvert que les planètes sont principalement composées d’eau.
Illustration d’artiste du système planétaire Kepler 138
L’eau n’a pas été détectée directement, mais en comparant la taille et la masse de la planète avec des modèles, ils ont conclu que la majeure partie de son volume – jusqu’à la moitié – devait être constituée d’un matériau plus léger que la roche mais plus lourd que l’hydrogène. ou l’hélium (qui est la majeure partie des planètes géantes gazeuses comme Jupiter). Le matériau candidat le plus courant est l’eau.
« Nous pensions auparavant que les planètes légèrement plus grandes que la Terre étaient de grosses boules de métal et de roche, comme des versions agrandies de la Terre, et c’est pourquoi nous les appelions des super-Terres », a expliqué Benneke. « Cependant, nous avons maintenant montré que ces deux planètes, Kepler-138 c et d, ont des propriétés très différentes et que la majeure partie de leur volume est probablement constituée d’eau. C’est la meilleure preuve à ce jour d’un monde aquatique, un type de planète théorisée par les scientifiques Les astronomes existent depuis longtemps. »
Avec plus de trois fois le volume de la Terre et deux fois la masse, les planètes c et d ont des densités bien inférieures à la Terre. Ceci est surprenant car la plupart des planètes à peine plus grandes que la Terre qui ont été étudiées en détail jusqu’à présent semblent toutes être des mondes rocheux comme le nôtre. La comparaison la plus proche, selon les chercheurs, est que certaines des lunes glacées du système solaire externe sont également principalement constituées d’eau entourant un noyau rocheux.
« Imaginez des versions plus grandes d’Europe ou d’Encelade, des lunes riches en eau en orbite autour de Jupiter et de Saturne mais plus proches de leurs étoiles », explique Piaulet. « Au lieu de surfaces de glace, ils contiendraient de grands linceuls de vapeur d’eau. »
« L’identification sûre d’un objet avec la densité d’une lune glacée du système solaire, mais nettement plus grande et plus massive, démontre clairement l’extraordinaire diversité des exoplanètes », a ajouté Jose-Manuel Almenara, membre de l’équipe de l’Université de Grenoble Alpes en France. . « On s’attend à ce qu’il soit le résultat de divers processus de formation et d’évolution. »
Les chercheurs ont averti que la planète pourrait ne pas avoir d’océans semblables à la Terre directement à la surface de la planète. « La température dans l’atmosphère de Kepler-138 d est très probablement supérieure au point d’ébullition de l’eau, et nous soupçonnons qu’il existe une atmosphère épaisse et dense faite de vapeur sur la planète. Ce n’est que sous une atmosphère de vapeur qu’il a le potentiel de devenir de l’eau liquide à haute pression, ou même de l’eau dans une autre phase qui se produit à haute pression, ce qu’on appelle un fluide supercritique », a déclaré Piaulet.
Le télescope spatial NASA/ESA/CSA James Webb facilitera également de précieuses recherches de suivi. « Maintenant que nous avons identifié en toute sécurité Kepler-138 dans le ‘monde aquatique’, le télescope spatial James Webb est essentiel pour démêler la composition atmosphérique d’un objet aussi exotique », a déclaré Daria Kubyshkina, membre de l’équipe de l’Académie autrichienne des sciences. « Cela nous fournira des informations importantes qui nous permettront de comparer la composition des lunes glacées du système solaire avec celles des exomoons plus grands et plus lourds.
Récemment, une autre équipe de l’Université de Montréal découvert une planète nommée TOI-1452b potentiellement recouvert d’un océan d’eau liquide, mais Webb devait également le confirmer.
En 2014, les données du télescope spatial Kepler de la NASA ont permis aux astronomes d’annoncer la détection de trois planètes en orbite autour de Kepler-138, une étoile naine rouge de la constellation de la Lyre. Il est basé sur la diminution mesurable de la lumière des étoiles lorsque chaque planète passe brièvement devant l’étoile.
Benneke et sa collègue Diana Dragomir, de l’Université du Nouveau-Mexique, ont eu l’idée de ré-observer le système planétaire avec les télescopes spatiaux Hubble et Spitzer entre 2014 et 2016 pour attraper plus de transits de Kepler-138 d, la troisième planète. dans le système, pour étudier son atmosphère.
L’identification sûre d’un objet avec la densité des lunes glacées dans le système solaire, mais nettement plus grande et plus massive, démontre clairement une grande diversité d’exoplanètes, que l’on pense être le résultat de multiples processus de formation et d’évolution.
Une nouvelle exoplanète dans le système
Alors que les précédentes observations du télescope spatial Kepler n’avaient montré que les transits de trois planètes mineures autour de Kepler-138, Piaulet et son équipe ont été surpris de constater que les observations de Hubble et Spitzer nécessitaient la présence d’une quatrième planète dans le système, Kepler-138 e.
La planète nouvellement découverte est petite et plus éloignée de son étoile que les trois autres planètes, prenant 38 jours pour terminer une orbite. La planète se trouve dans la zone habitable de son étoile, une région tempérée où elle reçoit juste la bonne quantité de chaleur de son étoile froide pour n’être ni trop chaude ni trop froide pour permettre à l’eau liquide d’exister.
Cependant, la nature de cette planète supplémentaire nouvellement découverte reste incertaine car elle ne semble pas transiter par son étoile hôte. L’observation du transit d’une exoplanète permettra aux astronomes de déterminer sa taille.
Avec Kepler-138 e maintenant dans l’image, la masse précédemment connue de la planète a été mesurée à nouveau via la méthode de variation du temps de transit, qui consiste à suivre de petites variations du moment exact du transit d’une planète devant son étoile causée par l’attraction gravitationnelle d’autres planètes voisines.
Les chercheurs ont eu une autre surprise : ils ont découvert que les deux mondes aquatiques Kepler-138 c et d étaient des planètes « jumelles », avec à peu près la même taille et la même masse, alors qu’elles étaient auparavant considérées comme très différentes. En revanche, la planète la plus proche, Kepler-138 b, s’est avérée être une planète mineure de masse martienne, l’une des plus petites exoplanètes connues à ce jour.
« Au fur et à mesure que nos instruments et techniques deviennent suffisamment sensibles pour trouver et étudier des planètes éloignées de leurs étoiles, nous pourrions commencer à trouver davantage de ces mondes aquatiques », a conclu Benneke.
Plus d’informations
Le télescope spatial Hubble est un projet de coopération internationale entre l’ESA et la NASA.
L’équipe internationale d’astronomes dans cette étude était composée de C. Piaulet (Université de Montréal, Canada), B. Benneke (Université de Montréal, Canada), JM Almenara (Université de Grenoble Alpes, France), D. Dragomir (Université de New Mexique, États-Unis), HA Knutson (California Institute of Technology, États-Unis), D. Thorngren (Université de Montréal, Canada), MS Peterson (Université de Montréal, Canada), IJM Crossfield (Université du Kansas, États-Unis), EM-R . Kempton (University of Maryland, USA), D. Kubyshkina (Austrian Academy of Sciences, Austria), AW Howard (California Institute of Technology, USA), R. Angus (American Museum of Natural History, USA), H. Isaacson (University of California – Berkeley, USA), LM Weiss (University of Notre Dame, USA), CA Beichman (Center for Infrared Processing and Analysis–Caltech, USA), JJ Fortney (University of California, USA), L. Fossati (Austrian Academy of Sciences, Autriche), H. Lammer (Académie autrichienne des sciences, Autriche), PR McCullough (Université Johns Hopkins, États-Unis ; Institute of Space Telescope Science, États-Unis), CV Morley (Université du Texas, États-Unis) et I. Wong ( Massachusetts Institute of Technology, États-Unis ; 51 boursiers Pegasi b).
Crédit image : NASA, ESA, L. Hustak (STScI)
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