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Exoplanètes : les mini-Neptune seraient légion

ActualitéClassé sous :Astronomie , Kepler , méthode du transit

De même masse que la Terre, mais de dimension 60 % plus importante, l'exoplanète KOI-314c se présente enveloppée d'une épaisse atmosphère. Bien qu'étrange de prime abord avec ses caractéristiques inhabituelles, à mi-chemin entre la planète tellurique et la géante gazeuse, elle appartient vraisemblablement à une catégorie, les mini-Neptune, qui compte de très nombreux représentants, comme semble le refléter le catalogue des candidates détectées par Kepler.

Vue d’artiste du système extrasolaire KOI-314, où gravitent deux planètes un peu plus grandes que la Terre autour de l'étoile naine rouge éponyme. L'une d'elles, KOI-314c, possède la même masse que notre planète. Sa densité plus élevée suggère toutefois qu'elle est vêtue d'une épaisse atmosphère. Une exoplanète considérée comme ambiguë et lui vaut d'être désignée comme « mini-Neptune ». © C. Pulliam, D. Aguilar, CfA

La présentation, lors des 223es rencontres de l'American Astronomical Society qui se sont déroulées du 5 au 9 janvier à Washington, de nouveaux cas confirmés d'exoplanètes extraits de la base de données du satellite Kepler démontrent une fois encore la grande variété, ou « pluralité des mondes » (déjà chère à l'astronome Bernard Le Bouyer de Fontenelle au XVIIe siècle), qui caractérise notre univers.

Cela fait presque 20 ans maintenant que l'on sait que le Système solaire n'est pas unique. Au regard des nombreuses découvertes (plus de 1.000 exoplanètes confirmées), celui-ci apparaît d'ailleurs davantage comme une exception au sein d'un bestiaire planétaire qui s'agrandit exponentiellement année après année. L'existence des téméraires « Jupiter chaudes » fut une surprise totale, du jamais vu, puis se sont ajoutés les « superterres » et des cas exceptionnels de planètes dans des systèmes triples d'étoiles, voire en orbite autour d'un pulsar. À présent, les chercheurs font la connaissance de « mini-Neptune », un genre qui serait loin d'être sous-représenté.

La méthode des variations des temps de transit porte ses fruits

C'est un peu par accident, ou plutôt par chance, que l'équipe emmenée par le professeur David Kipping (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, CfA) a débusqué le cas de KOI-314c, une exoplanète de la même masse que la Terre, mais dont la taille est 60 % supérieure. À ce jour, elle est présentée comme la planète la plus légère découverte par transit dont la taille et la masse ont été mesurées.

Environ 70 % des exoplanètes candidates découvertes avec le satellite Kepler seraient des « mini-Neptune ». © Nasa Ames

Les chercheurs emploient la très prometteuse méthode des variations des temps de transit (transit timing variations ou TTV), expérimentée avec succès depuis 2010. Alors qu'ils fouillaient la base de données de milliers d'exoplanètes candidates collectées par Kepler à la recherche d'indices d'exolunes — projet Hunt for Exomoons with Kepler (HEK) conduit par Kipping —, ils ont pioché ce monde hybride qui emprunte des traits de caractère des planètes rocheuses et des gazeuses. De plus en plus utilisée, la méthode TTV, complémentaire des autres plus classiques, permet aux astronomes d'évaluer masse, taille et donc densité des objets appartenant à des systèmes planétaires multiples, condition sine qua non pour la réussite.

Exoplanètes ambiguës ou intermédiaires

Aussi, avec une densité 30 % supérieure à celle de l'eau, KOI-314c est considérée comme enveloppée d'une atmosphère composée d'hydrogène et d'hélium. Son épaisseur serait de plusieurs centaines de kilomètres. En orbite à environ 20 millions de kilomètres de la naine rouge KOI-314 (distante de 200 années-lumière du Système solaire), cette mini-Neptune éprouve en permanence les sautes d'humeur de son étoile parente. Sa température en surface dépasserait 100 °C. Pour les astronomes, cette exposition aux rayonnements pourrait expliquer ses caractéristiques actuelles : autrefois davantage semblable à Neptune, l'exoplanète a ainsi pu se dépareiller au fil du temps d'une partie des gaz qui la recouvrait. Une hypothèse en attente de validité.

« Cela prouve qu'il n'y a pas de ligne de démarcation claire entre les mondes rocheux comme la Terre et les mondes plus molletonneux ou moelleux, comme les planètes aqueuses et les géantes gazeuses », indiquent le principal auteur de cette étude disponible sur arxiv.

Des « mini-Neptune » pas si exceptionnelles

Enfin, signalons que KOI-314c n'est pas seule. À ses côtés, une planète rocheuse de même taille et quatre fois plus massive qui gravite en seulement 13 jours autour de l'étoile, contre 23 jours pour la première.

Puisque plus de 70 % des planètes candidates débusquées par transit avec le télescope spatial Kepler ressemblent à des mini-Neptune, c'est-à-dire des planètes qui affichent des dimensions comprises entre celles de notre planète rocheuse et celles de géantes comme Neptune (quatre fois la taille de la Terre), on peut s'interroger sur leur absence à l'instar du professeur Geoffrey Marcy. « Nous sommes maintenant confrontés à des questions telles que la formation de ces énigmes et les raisons pour lesquelles notre Système solaire est dépourvu de ces résidents très populaires de la galaxie. » Alors, sommes-nous « une exception qui confirme la règle » ?

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