Vue d’artiste sur TOI 560.01, l’une des mini-Neptunes que les astronomes soupçonnent d’être en train de se transformer en super-Terres. © Adam Makarenko, Observatoire Keck
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Découverte de mini-Neptunes qui se transforment en super-Terres

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Des mini-Neptunes, il y en existe beaucoup, parmi les exoplanètes. Des planètes qui, comme notre Neptune, sont essentiellement composées d'hydrogène et d'hélium. Des astronomes viennent d'en trouver deux qui perdent leur atmosphère et s'apprêtent à basculer dans une nouvelle classe d'exoplanètes, celle des super-Terres.

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[EN VIDÉO] Cette super-terre nous dévoilera-t-elle les secrets de son atmosphère ?  Les astronomes nous emmènent ici dans un voyage virtuel vers Gliese 486b. Cette exoplanète rocheuse se situe à 26 années-lumière de notre Terre, quelque part du côté de la constellation de la Vierge. Une proximité – ajoutée à quelques autres caractéristiques intéressantes - qui laisse les chercheurs espérer qu’ils pourront en étudier l’atmosphère en détail. Pour comprendre mieux comment se forment les planètes semblables à la Terre et si celles qui orbitent des naines rouges sont susceptibles d’abriter la vie. © Max Planck Institute for Astronomy 

Une mini-Neptune, c'est une planète au noyau rocheux, mais entouré d'une épaisse atmosphère. Une planète comme les astronomes en ont déjà identifié de nombreuses en orbite autour d'autres étoiles que notre Soleil. Dans le système stellaire appelé TOI 560, à quelque 103 années-lumière de la Terre, par exemple. Ou encore, autour de HD 63433, à environ 73 années-lumière de notre Système solaire.

Des chercheurs de l'université Caltech (États-Unis) ont tourné vers elles les instruments de l'observatoire W.M. Keck (Hawaï) et le télescope spatial Hubble pour les étudier de plus près. Et ils ont découvert que du gaz s'échappe de la mini-Neptune la plus interne du système TOI 560 -- soit TOI 560.01 -- et de la mini-Neptune la plus externe de HD 63433 -- soit HD 63433 c. De quoi suggérer que ces deux exoplanètes pourraient être en train de se transformer... en super-Terres.

Les modèles développés par les astronomes prévoyaient le phénomène, mais il n'avait encore jamais pu être confirmé par l'observation. Les chercheurs envisagent les mini-Neptunes avec des atmosphères primordiales faites d'hydrogène et d'hélium. Des éléments restant de la formation de leur étoile hôte. Si une exoplanète de type mini-Neptune est suffisamment petite et proche de son étoile, les rayons X stellaires et le rayonnement ultraviolet devraient être en mesure d'éliminer son atmosphère primordiale sur une période de centaines de millions d'années. Résultat, il resterait une super-Terre rocheuse avec un rayon sensiblement plus petit. Et a priori, une atmosphère relativement mince, similaire à celle qui entoure notre Planète.

La mini-Neptune TOI 560.01 est environ 2,8 fois plus grande que la Terre. Son atmosphère est essentiellement composée d’hydrogène et d’hélium. Un hélium qui s’échappe actuellement en quantité. Laissant penser que d’ici quelques centaines de millions d’années, cette exoplanète aura rejoint le rang des super-Terres. © Adam Makarenko, Observatoire Keck, Nasa Vidéo

Un phénomène qui reste à comprendre

De quoi expliquer pourquoi les astronomes n'ont observé que peu de planètes de taille intermédiaire. Entre la mini-Neptune et la super-Terre. Parce qu'une planète de taille intermédiaire intercepterait encore suffisamment de rayonnement pour perdre rapidement de son atmosphère et donc, de son diamètre. Elle ne resterait ainsi que peu de temps dans ce domaine des « tailles intermédiaires ».

C'est en étudiant le passage des exoplanètes devant leur étoile hôte que les astronomes ont obtenu les précieuses données qui les ont menées à ces conclusions. Ils ont en effet trouvé, du côté de TOI 560.01, des signatures d'hélium. Et du côté de HD 63433 c, des signatures d'hydrogène. En revanche, rien pour HD 63433 b, la mini-Neptune interne du système. Qui a peut-être... déjà perdu son atmosphère.

La vitesse mesurée des gaz en question a donné la preuve de pertes dans les atmosphères. Les astronomes évoquent 50 kilomètres par seconde (km/s) pour l'hydrogène de HD 63433 c et 20 km/s pour l'hélium de TOI 560.01. L'étendu des écoulements confirme le phénomène : il atteint 12 fois le rayon de la planète pour HD 63433 c et 3,5 fois le rayon de la planète pour TOI 560.01. Avec dans ce cas, des gaz qui fuient en direction de l'étoile hôte. Contrairement à ce que prévoient les modèles...

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