En utilisant les données de Tess, les scientifiques ont découvert une exoplanète « improbable » qui aurait dû être engloutie par son étoile, mais qui existe pourtant toujours. © Lev, Adobe Stock

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Cette exoplanète ne devrait plus exister

ActualitéClassé sous :Astronomie , KIC 05807616 , géante rouge

La théorie dit que cette exoplanète ne devrait plus exister. Pourtant, elle est bel et bien là. Elle a survécu à la phase géante rouge de son étoile. Et des astronomes expliquent aujourd'hui comment.

L'astérosismologie est la science qui s'intéresse aux modes de vibration des étoiles. Une manière d'en étudier la structure interne. Ainsi des chercheurs de l'université de Warwick (Royaume-Uni) se sont appuyés sur les données fournies par le satellite Tess de la Nasa -- pour Transiting Exoplanet Survey Satelite -- pour étudier une géante rouge baptisée HD 203949.

Ils y ont détecté des oscillations. Une première pour une étoile connue pour héberger une planète. Ils ont aussi déterminé la taille, la masse et l'âge de HD 203949. Une étude qui a d'abord semé le trouble car les astronomes en ont conclu que, théoriquement, l'enveloppe de la géante rouge aurait tout simplement dû engloutir l'exoplanète qui orbite pourtant toujours bel et bien autour d'elle.

Gamma Crucis — que l’on peut observer dans la constellation de la Croix du Sud — est une géante rouge. Tout comme HD 203949 autour de laquelle orbite une exoplanète qui ne devrait plus exister. © Naskies, Wikipedia

Une exoplanète déplacée par des phénomènes de marée

Ce n'est qu'après avoir élaboré des simulations numériques complexes que les astronomes ont compris. Des phénomènes de marée créés par des interactions étoile-planète ont amené la planète, qui circulait initialement sur une orbite plus lointaine, à se rapprocher de son étoile pour atteindre sa position actuelle.

« Cette étude montre le lien étroit qui existe entre l'astrophysique stellaire et l'étude des exoplanètes. La première suggère que l'étoile est trop évoluée pour accueillir encore une planète sur une orbite proche. Or la seconde montre qu'une planète survit bel et bien dans cette région. Cela prouve à quel point les étoiles et leurs planètes non seulement se forment, mais aussi évoluent ensemble », remarque Dimitri Veras, astronome à l'université de Warwick.

Pour en savoir plus

Des exoplanètes chthoniennes ont survécu à une géante rouge

Une équipe internationale d'astrophysiciens a fait une découverte stupéfiante avec Kepler. Deux exoplanètes ont survécu à la phase géante rouge de l'étoile KIC 05807616. Plus petites que la Terre et bouclant leur orbite en moins de 12 h, ces exoplanètes infernales méritent bien leur nom de planètes chthoniennes.

Article de Laurent Sacco paru le 23/12/2011

Une vue d'artiste des planètes chthoniennes autour de KIC 05807616. Baptisées KOI 55.01 et KOI 55.02 elles sont situées dans le voisinage des constellations du Cygne et de la Lyre, à environ 3.900 années-lumière de la Terre. © Stéphane Charpinet

Dans la mythologie grecque, il existe de nombreuses divinités, toutes ne vivant pas sur l'Olympe. Certaines sont appelées chthoniennes, en référence à la terre, au monde souterrain ou aux enfers, par opposition aux divinités célestes. Une équipe d'astrophysiciens, menée par le Français Stéphane Charpinet, de l'Institut de recherche en astrophysique et planétologie (Irap), vient de révéler dans un article de Nature l'existence de deux exoplanètes qui pourraient tout à fait être le lieu de résidence de telles divinités, tant elles se trouvent dans des conditions infernales.

Elles ont été mises en lumière grâce à Kepler, parmi ses nombreuses découvertes de l'année 2011. Surpassant des mondes comme les super Io que sont Kepler 10b et Corot 7b, le terme de planète ardente était trop faible pour les qualifier. Les chercheurs les ont alors baptisées « planètes chthoniennes ». Orbitant respectivement à seulement 897.000 km et 1.137.000 km de KIC 05807616, on estime que les températures de surface de la face éclairée de ces mondes pourraient atteindre 7.700 à 8.700 °C. 

Sur cette image d'artiste, on voit l'exoplanète géante Osiris en train de s'évaporer. L'un de ses découvreurs, Alfred Vidal-Madjar avait prédit avec des collègues que des coeurs rocheux provenant de telles exoplanètes, ayant fini de perdre leur enveloppe gazeuse, seraient un jour découverts. Les chercheurs avaient nommé ces cœurs des « planètes chthoniennes ». © European Space Agency, Alfred Vidal-Madjar

Ces planètes chthoniennes se sont d'abord manifestées comme d'infimes variations périodiques de la luminosité de KIC 05807616, à peine 0,005 % de la brillance de l'étoile. La seule façon d'interpréter correctement ces variations a été de conclure que l'on était en présence de deux corps célestes dont les rayons étaient probablement de 0,76 et 0,87 fois celui de la Terre. Ce sont donc les plus petites exoplanètes détectées à ce jour autour d'une étoile (mises à part celles en orbite autour d'étoiles à neutrons).

Mais ce qui rend la découverte de ces planètes chthoniennes si intéressante, c'est que l'étoile KIC 05807616, que l'on nomme aussi KPD 1943+4058 ou KOI 55, est clairement majoritairement composée d'hélium, avec une fine couche supérieure d'hydrogène à une température de 27.400 °C. Selon la théorie de l'évolution stellaire, bien confirmée par de nombreuses observations depuis des décennies, cela ne peut signifier qu'une seule chose.


Une simulation d'artiste de la fin de la Terre lorsque le Soleil deviendra une géante rouge. © Esa/Hubble (M. Kornmesser & L. L. Christensen)-dreamlandscheme-YouTube

Les exoplanètes tournent autour des restes d'une géante rouge, c'est-à-dire une étoile en fin de vie qui est passée par une phase où ses couches supérieures se sont dilatées.

Un cœur d’hélium fusionnant peu à peu en carbone et oxygène

Notre propre Soleil passera par cette phase dans plusieurs milliards d'années, enflant tellement qu'il devrait avaler Mercure et Vénus et très probablement aussi la Terre. Notre étoile perdra alors une partie de sa masse car des éjections importantes de matière se produiront. Voilà ce qui a dû se passer avec l'étoile KIC 05807616, expliquant pourquoi il ne reste quasiment plus que le cœur d'hélium.

De tout cela, il faut en déduire que les exoplanètes observées ont nécessairement été dans l'enveloppe dilatée de l'étoile et qu'elles ont dû migrer pour se retrouver aussi proches de ce qui reste de la géante rouge. Au vu de la nature et de la température de ces planètes, il doit s'agir des cœurs rocheux d'anciennes géantes gazeuses qui ont perdu leur gaz. Si les températures déduites par les astrophysiciens (plus de 7.000 °C) sont correctes, il semble difficile d'échapper à la conclusion que ces noyaux rocheux sont riches en fer et en nickel, devant littéralement s'évaporer actuellement.

En tout état de cause, cette ruine de système planétaire doit être riche d'enseignement pour tenter de comprendre la fin de notre propre Système solaire.

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