GJ 367b, une nouvelle exoplanète petite et massive

Découverte astronomique

Un récent article publié dans la revue Science rapporte la découverte d’une petite planète qui a été nommée GJ 367b. L’exoplanète a été découverte par une équipe dirigée par le Dr Kristine Lam de l’Institut de recherches planétaires (Institute of Planetary Research) du Centre allemand pour l’aéronautique et l’astronautique (DLR). Le professeur Coel Hellier, de l’université de Keele (Angleterre), revient dans un article publié par The Conversation sur les détails de cette découverte à laquelle il a participé, et des études en cours pour déterminer les caractéristiques de cette planète extrasolaire.

Par Coel Hellier, Keele University.

Lors de la formation de notre système solaire, il y a 4,6 milliards d’années, de petits grains de poussière et de glace, issus de la formation du Soleil, tourbillonnaient dans l’espace. Au fil du temps, ils sont entrés en collision et se sont collés les uns aux autres. À mesure qu’ils grandissaient, la gravité les a peu à peu fait s’agglutiner. L’une de ces roches est devenue la Terre, sur laquelle nous vivons.

Nous pensons maintenant que la plupart des étoiles dans le ciel nocturne sont également accompagnées des cohortes orbitales de leurs propres planètes. Les astronomes ont déjà trouvé plus d’un millier de planètes géantes – de grands corps gazeux de taille similaire à celle de Jupiter. Nous nous concentrons maintenant sur la recherche de planètes rocheuses de la taille de la Terre. Nous nous attendons à ce qu’elles soient aussi abondantes, mais étant beaucoup plus petites, elles sont plus difficiles à trouver.

Un récent article, publié dans la revue Science du 2 décembre 2021, documente la dernière de ces découvertes, celle d’une petite planète à laquelle on a attribué le numéro conventionnel de GJ 367b. Cette exoplanète a été trouvée par une équipe, dont je faisais partie, dirigée par le Dr Kristine Lam de l’Institut de recherche planétaire du Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (Centre allemand pour l’aéronautique et l’astronautique, DLR).

Les membres de l’équipe ont remarqué les premiers signes de GJ 367b dans les données du « Transiting Exoplanet Survey Satellite », ou Tess, un télescope spatial de la Nasa. Parmi les millions d’étoiles surveillées par ce satellite, l’une d’entre elles présentait une baisse minime mais récurrente de sa luminosité. C’est le signe révélateur d’une planète qui passe devant son étoile à chaque orbite (un phénomène appelé le « transit »), bloquant une partie de la lumière de l’étoile. La baisse de luminosité n’était que de 0,03 %, si peu prononcée qu’elle était proche de la limite de ce qui peut être détecté. Cela signifiait que la planète devait être petite, d’une taille comparable à la Terre.

Lam voulait également en savoir plus sur la masse de la planète. Pour ce faire, son équipe a entrepris d’observer l’étoile hôte à chaque fois que l’occasion se présentait avec ce que l’on appelle le « High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher », ou Harps. Il s’agit d’un instrument fixé à un télescope de 3,6 mètres à l’Observatoire européen austral au Chili. Il a été spécialement conçu pour trouver des planètes en détectant le léger décalage de la longueur d’onde de la lumière de l’étoile hôte, causé par l’attraction gravitationnelle de la planète. Il a fallu plus de 100 observations pour détecter ce décalage, ce qui signifie que GJ 367b, en plus d’être petite, devait également avoir une faible masse.

À mesure que les observations avec Harps s’accumulaient, les chercheurs ont pu fixer les chiffres : GJ 367b a un rayon de 72 % du rayon de la Terre (avec une précision de 7 %) et une masse de 55 % de la masse de la Terre (avec une précision de 14 %). Ces mesures nous indiquent que cette planète est plus dense que la Terre. Alors que la Terre possède un noyau de fer entouré d’un manteau rocheux, cette planète est si dense qu’elle doit être presque entièrement composée de fer, ce qui la rend semblable à Mercure.

Mercure tourne autour du Soleil tous les 88 jours. Soumise aux rafales d’un vent solaire féroce, sa face « diurne » est une roche nue chauffée à 430℃. GJ 367b est encore plus extrême. Les variations lumineuses récurrentes du transit nous disent qu’elle tourne autour de son étoile en seulement huit heures. Étant si proche, la face diurne devrait être une fournaise chauffée à 1 400℃, de telle sorte que même la roche entrerait en fusion.

Alors, comment est-elle apparue ? Il est possible que GJ 367b fût autrefois une planète géante dotée d’une vaste enveloppe gazeuse, comme Neptune. Avec le temps, cette enveloppe gazeuse se serait dissoute, laissant à nu le noyau que nous voyons aujourd’hui. Ou bien peut-être, au cours de sa formation, des collisions avec d’autres proto-planètes (ou planètes en cours de formation) ont-elles décapé un manteau de roche, ne laissant que le noyau de fer.

GJ 367b est de taille similaire à Mars, mais ses propriétés sont semblables à celles de Mercure.

GJ 367b est, bien sûr, beaucoup trop chaude pour être habitable. Mais c’est l’une des rares planètes rocheuses de taille terrestre que les astronomes aient trouvées jusqu’à présent. Sa découverte montre que nous pouvons à la fois trouver des planètes de taille terrestre autour d’autres étoiles et mesurer leurs propriétés. Il s’agit maintenant de les trouver plus loin de leur étoile, dans la « zone habitable », où la température de surface permettrait à l’eau d’exister à l’état liquide.

Cet objectif est plus difficile. Plus une planète est éloignée de son étoile, moins elle a de chances d’être vue en transit par l’étoile, et plus le temps entre les transits est long, ce qui rend leur détection plus difficile. De plus, en orbitant plus loin, l’attraction gravitationnelle sur l’étoile hôte est réduite, ce qui rend le signal plus difficile à détecter.

Mais l’étoile hôte de GJ 367b est une « naine rouge », une étoile beaucoup plus faible que le Soleil. Et comme la lumière de ces étoiles chauffe moins, la zone habitable autour des naines rouges est beaucoup plus proche. Le vaisseau spatial Kepler de la Nasa a déjà trouvé des planètes dans la zone habitable des naines rouges, et Tess promet d’en trouver beaucoup d’autres.

La prochaine étape consiste à se demander si ces planètes ont une atmosphère, de quoi elle est faite et si elle contient de la vapeur d’eau. Même là, les réponses pourraient bientôt arriver. Nous avons déjà trouvé de la vapeur d’eau dans l’atmosphère d’exoplanètes géantes gazeuses, et le télescope spatial James Webb, dont le lancement est imminent, tentera de trouver de l’eau sur des planètes rocheuses plus petites.

Les découvertes d’exoplanètes se poursuivant à un rythme soutenu, il devient envisageable que nous puissions, d’ici peu, prouver l’existence d’une planète dotée d’une atmosphère et d’une surface rocheuse, sur laquelle l’eau coule librement.

The Conversation (France)

Auteur

Coel Hellier, Professor of Astrophysics, Keele University

Entités nommées fréquentes : GJ, Terre, Soleil.