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Record de distance d'une exoplanète découverte par transit

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Une équipe d'astronomes a découvert, par transit, une exoplanète d'une taille équivalente à Uranus ou Neptune gravitant vraisemblablement au-delà de la « ligne de glace » de son étoile-parent. Les données acquises par le satellite Kepler suggèrent qu'elle n'a pas quitté la région où elle s'est formée, au contraire des fameuses « Jupiter chaudes » détectées en grand nombre.

Illustration de Kepler-421b, exoplanète de la taille d’Uranus gravitant au-delà de la « ligne de glace ». Au cours des 4,3 années d’observation du satellite Kepler, l’astre n’est passé que deux fois devant son étoile, la naine orange Kepler-421 distante de 1.000 années-lumière de la Terre. © David A. Aguilar (CfA)

« Découvrir [une exoplanète comme] Kepler-421b était un coup de chance » estime David Kipping (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, CfA) qui, avec son équipe, l'a récemment débusquée parmi les données collectées avec Kepler. Rappelons qu'entre 2009 et 2013, le satellite a épié par la méthode dite de transit quelque 150.000 étoiles en direction des constellations du Cygne et de la Lyre, décuplant ainsi le nombre d'exoplanètes candidates. En l'espace de 4,3 années, Kepler-421b n'est passée que deux fois devant (transit).

Effectivement, « plus une planète est éloignée de son étoile, moins elle est susceptible de transiter devant, du point de vue terrestre. [Pour la voir] elle a intérêt à s'aligner juste » explique le professeur. Aussi, au regard de sa taille, les astrophysiciens ont calculé qu'il n'y avait que 0,3 % de chance de la remarquer. Plus près de son étoile-hôte, avec une orbite de seulement 3 jours (à l'instar des Jupiter chaudes), il aurait été 9.000 fois plus facile de la détecter. Par delà le record de distance (et de la longueur de sa période orbitale) pour une exoplanète découverte par transit, le cas observé livre de précieuses informations dans le domaine de la planétologie et de la formation des systèmes planétaires.

Dans leur étude publiée dans The Astrophysical Journal (17 juillet 2014), les chercheurs présentent la planète comme un corps de taille équivalente à celle d'Uranus ou de Neptune (soit 4 fois la Terre) gravitant autour d'une étoile de type naine orange — classe spectrale G9/K0 — en quelque 704 jours (une période orbitale à rapprocher des 687 jours nécessaires à Mars). Distante de 177 millions de kilomètres de son étoile-parent, moins chaude et lumineuse que notre Soleil, Kepler-421b reçoit le même ensoleillement qu'un astre qui, dans le Système solaire, serait situé à environ 300 millions de kilomètres (2 UA, ou 2 fois la distance Terre-Soleil). Son albédo suggère que la température à sa surface avoisine -90 °C.

Comme cela est décrit sur cette illustration d’un disque proto-planètaire, la « ligne de glace » différencie la formation des corps. À l’intérieur de cette limite, seuls les roches et les métaux sont en mesure de se condenser. La température élevée contraint l’hydrogène à rester gazeux. En revanche, au-delà de cette frontière, gaz, roches et métaux peuvent s’agréger. © Pearson Education, Addison Wesley

Une exoplanète géante gazeuse qui n’aurait pas migré

Par ailleurs, les données indiquent qu'elle se déplace à la lisière de ce qui s'appelle la « ligne de glace », une région commune à toutes les étoiles mais toutefois variable selon l'intensité — et aussi l'âge — de celles-ci. Dans le Système solaire, il convient de placer cette frontière entre les corps rocheux (plus secs) et gazeux (plus riches en eau). « C'est une distance cruciale dans la théorie de la formation planétaire », un milieu de transition qui intéresse beaucoup les spécialistes de la genèse des planètes car les grains de glace sont supposés se former et s'agréger, devenant en quelque sorte les ferments des planètes géantes gazeuses. Dans le cas de Kepler-421, à 1.000 années-lumière de nous, il est probable que cette frontière n'ait pas beaucoup changé au cours du temps.

En vertu des modèles, les planètes mettent généralement entre 3 et 10 millions d'années pour émerger du disque protoplanétaire, aussi estiment-ils que leur sujet ne dispose plus assez de matériau dans cette région pour poursuivre sa croissance et atteindre une masse comparable à celle d'une Jupiter. Kepler-421b « se serait formée exactement à l'endroit où nous la voyons aujourd'hui », avance le professeur Kipping. Enthousiaste, il écrit aussi que « c'est tout à fait remarquable », car « toutes les autres planètes géantes gazeuses découvertes à ce jour par transit se sont formées plus loin et ont ensuite migré vers l'intérieur ». Il s'agirait donc « du premier exemple d'une géante gazeuse potentiellement non migrante découverte par transit ».

Serait-ce alors une exception qui confirme la règle ? Le chercheur répond que c'est encore prématuré pour le savoir, ajoutant que ces « froides Neptune sont probablement partout mais juste très difficiles à trouver ».

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