Une vue d’artiste du télescope spatial Spitzer. Lancé le 25 aout 2003, il a observé le ciel dans l’infrarouge jusqu’en mai 2009. À compter de cette date, ayant épuisé l’hélium liquide refroidissant ses capteurs, il continue à fonctionner en mode dit « chaud » jusqu’à la fin de la décennie 2010. © Nasa

Sciences

Spitzer aurait détecté des éruptions volcaniques sur une exoplanète

ActualitéClassé sous :planètes extrasolaires , 55 Cancri A , 55 Cancri e

55 Cancri e a été considérée comme une planète océan pendant quelque temps, mais on pense maintenant qu'elle ressemble plus à une superterre volcanique. Les observations de Spitzer menées il y a quelques années suggèrent qu'elle est le siège d'éruptions gigantesques émettant d'importants panaches de matériaux, bloquant la lumière provenant de sa surface surchauffée à plus de 2.400 kelvins.

55 Cancri (55 Cnc, Rho Cancri) est une étoile binaire située à environ 40 années-lumière du Soleil dans la constellation du Cancer. C'est a priori un système double banal constitué d'une étoile de type solaire, 55 Cancri A autour de laquelle orbite une naine rouge, 55 Cancri B. Mais la première a fait l'objet de l'attention des astronomes depuis 2004 lorsque l'on a découvert par la méthode des vitesses radiales l'existence d'une exoplanète associée. On en connaît actuellement cinq autour de cette étoile. Des transits planétaires ont ensuite été observés avec 55 Cancri A e (plus simplement désignée 55 Cancri e) ce qui a permis de commencer à déterminer sa masse en plus de sa taille.

Les premières mesures indiquaient un rayon légèrement plus important que deux fois celui de la Terre pour une masse de l'ordre de huit fois celle de notre Planète. On pouvait donc en déduire sa densité qui apparaissait si faible que l'on a commencé par suspecter que l'on était en présence d'une planète océan. Puis, les mesures s'affinant, on a envisagé la possibilité que l'on soit en présence d'un astre encore plus surprenant, une planète carbonée composée en partie de diamant.

Une équipe d'astronomes, parmi lesquels se trouve Didier Queloz, le codécouvreur, il y a 20 ans, de la première exoplanète, vient de publier sur arXiv un article dans lequel est proposée une hypothèse tout aussi originale en ce qui concerne 55 Cancri e.

Un extrait de la courbe de lumière de 55 Cancri montrant une occultation de 55 Cancri e en 2012.

Un extrait de la courbe de lumière de 55 Cancri montrant une occultation de 55 Cancri e en 2012. © Brice-Olivier Demory, Michael Gillon, Nikku Madhusudhan, Didier Queloz

Une exoplanète infernale avec une température de surface de 2.400 K

Pour cela, les chercheurs ont mobilisé le télescope Spitzer qui, bien qu'à court d'hélium depuis le 15 mai 2009, est encore capable d'effectuer de remarquables découvertes en observant dans l'infrarouge. Les transits et les occultations de 55 Cancri e ont donc été étudiés avec cet instrument entre 2011 et 2013 au cours de campagnes d'observations multiples dont la durée totale s'est élevée à 85 heures. Ce ne sont pas moins de 6 transits et 8 occultations qui ont été observés dans un intervalle de longueurs d'onde centré sur 4.5 μm, là où l'intensité de la lumière réfléchie 55 Cancri e est la plus importante.

Le rayon de l'exoplanète est passé de 2,17 rayons terrestres à 1,9 fois celui de la Terre. Sa densité est donc plus importante que ce que l'on pensait, ce qui élimine la nécessité de faire appel à une composition exotique en tenant compte des incertitudes des mesures. La période orbitale de 55 Cancri e reste toujours inférieure à un jour, elle est même estimée à 18 heures ce qui veut dire que cette exoplanète est si proche de son étoile que sa surface doit être portée à une température d'environ 2.400 kelvins, ce qui est largement suffisant pour faire fondre les roches.

Un autre extrait de la courbe de lumière de 55 Cancri montrant une occultation observée par Spitzer en 2013.

Un autre extrait de la courbe de lumière de 55 Cancri montrant une occultation observée par Spitzer en 2013. © Brice-Olivier Demory, Michael Gillon, Nikku Madhusudhan, Didier Queloz

La surprise est cependant venue de l'étude des occultations, c'est-à-dire des mesures des variations de l'intensité de la lumière du système formé par 55 Cancri A et 55 Cancri e lorsque cette dernière passe derrière son étoile-hôte (lorsqu'elle passe devant il s'agit d'un transit). Lors d'une occultation, la lumière émise par ce système est plus faible, car celle qui est rayonnée par l'exoplanète se trouve bloquée par l'étoile. Il apparaît donc un creux dans la courbe de lumière mesurée par Spitzer qui est d'autant plus important que la quantité de lumière soustraite l'est. Cette quantité peut être reliée à la température moyenne de surface de 55 Cancri e. En 2012, elle était de 1.427 kelvins, mais en 2013, elle était de 2.699 kelvins ! Comment expliquer un accroissement aussi spectaculaire de plus de 1.000 K ?

Une fenêtre sur l’intérieur d’une exoplanète

L'hypothèse la plus probable est qu'en 2012, un important panache volcanique global avait été émis lequel bloquait la lumière émise par une surface volcaniquement encore bien plus active que celle de Io dans le Système solaire. Les astrophysiciens ont pu éliminer l'hypothèse que cela soit en relation avec une modification de l'activité de l'étoile 55 Cancri A qui, elle, a été surveillée presque en continu depuis le sol durant cette période.

Si l'équipe de chercheurs a raison, cette découverte est de bon augure pour les futures observations du successeur de Hubble, le télescope James Webb. En effet, la matière éjectée au cours des gigantesques éruptions qui se produisent peut-être sur 55 Cancri e à seulement 40 années-lumière du Soleil, doit provenir de l'intérieur de la planète. Il doit être possible d'analyser la composition de cette matière par spectroscopie avec les instruments performants qui équiperont le futur télescope spatial géant. On devrait alors commencer à déterminer la composition chimique précise de l'intérieur d'une exoplanète pour la première fois, ouvrant une ère nouvelle pour la planétologie comparée et les modèles de formation des systèmes planétaires.

Abonnez-vous à la lettre d'information La quotidienne : nos dernières actualités du jour.

!

Merci pour votre inscription.
Heureux de vous compter parmi nos lecteurs !

Cela vous intéressera aussi