La carte d'une super-Terre
23/05/16

L’exoplanétologie ne cesse de progresser et de surprendre. Récemment, une équipe de chercheurs de plusieurs instituts, dont l’Université de Liège, a établi une carte longitudinale de l’émission thermique de 55 Cancri e, une "super-Terre" située à quarante années lumières de la Terre. L'enjeu était de mesurer l’évolution de la brillance de la planète tout au long de son orbite autour de l'étoile. Ces données existent déjà pour certaines géantes gazeuses, mais sont inédites pour les planètes de plus petite taille. Elles ont été obtenues par analyse photométrique d’images récoltées par Spitzer, l’un des télescopes spatiaux de la NASA. Elles ont permis notamment d’observer les zones plus chaudes et plus froides de la planète, et d'en estimer certaines de ses propriétés de surface. C’est un nouveau pan de l’astrophysique qui s’ouvre, celui de l’étude des dynamiques géologiques et atmosphériques des exoplanètes de petite taille.  

Née en 1995 avec la découverte d’une première planète hors du système solaire, l’exoplanétologie en a depuis recensé des milliers, qui orbitent autour de centaines d’étoiles. Au point que leur nombre est aujourd’hui estimé à plusieurs dizaines de milliards pour notre seule galaxie. Certains outils permettent déjà d’en dresser des portraits assez étoffés, mais pour le moins inertes. La mesure des vitesses radiales, par exemple, aide à déduire leur masse, et l’observation photométrique du transit livre des informations sur leur taille. La combinaison des deux méthodes dévoile leur densité, donnant ainsi un indice crucial sur leur composition géologique (gaz, roches, métaux, glace), et éventuellement sur la possible présence d’une atmosphère. Ces méthodes de détection restent indirectes. La grande majorité des exoplanètes, trop petites et trop lointaines, sont inobservables directement. Pour résumer, c’est le comportement de leur étoile ou la variation lumineuse de l’ensemble du système qui trahit leur présence. Une série de contraintes qui n’aident pas à imaginer l’intensité de l’activité qui peut y régner.

Ces portraits figés, en effet, ne rendent pas justice à ces planètes. Tout comme les objets de notre système solaire, elles doivent être sujettes à des dynamiques physiques et géologiques importantes. C’est là l’objet d’un nouveau grand tournant de l’exoplanétologie, qu’amorce avec engouement Michaël Gillon, chercheur qualifié FNRS au Laboratoire sur les Origines en Cosmologie et Astrophysique de l’ULg. En collaboration avec l’Université de Cambridge et d'autres instituts, il vient de participer à une étude pionnière publiée dans Nature (1). Il s’agit de l’établissement d’une carte longitudinale qui recense les différences de température sur toute la surface de 55 Cancri e, une super-Terre située à 40 années lumières et qui tourne autour de son étoile en seulement dix-huit heures (lire à ce sujet « Une super-Terre mise en lumière » et « 55 Cancri e : d’énormes variations de température ! »).  

 Brillance 55Cancrie

Ces données ont été obtenues par l’analyse photométrique de plusieurs orbites complètes de la planète autour de son étoile. Des précisions inédites pour une planète aussi petite, qui nous en apprennent notamment davantage sur la possible présence d’une atmosphère. Mais comme toute grande nouveauté prometteuse, cette découverte singulière exige une certaine prudence. « L’émission thermique et sa distribution entre les deux hémisphères d'une exoplanète avaient déjà été mesurées pour des géantes gazeuses, contextualise Michaël Gillon. Mais ces planètes sont essentiellement de grosse boules de gaz, à l'inverse des planètes plus petites. Ces dernières peuvent présenter un large panel de possibilités de composition et de conditions de surface. Par exemple, nous ne savons pas si 55 Cancri e est faite de roche ou de glace, si c’est une véritable planète tellurique ou le cœur résiduel d’une planète géante, si elle a toujours été si proche de son étoile, ou si elle s’est formée plus loin avant de migrer vers elle… Il y a énormément de scénarios possibles, tant au niveau de son histoire que de sa composition. » Bien sûr, les chercheurs ont bien leur petite idée sur la question. Mais étant donné qu’il s’agit d’une première étude, aucune connaissance statistique ne peut éprouver leurs hypothèses. « Et puis, des super-Terres, notre système solaire n’en contient aucune. Il n'abrite que des planètes géantes, bien plus grosses, et des planètes telluriques bien plus petites. On ne peut donc malheureusement pas comparer 55 Cancri e à un spécimen solaire, étudiable in situ. » 

(1) Brice-Olivier Demory, Michael Gillon, Julien de Wit, Nikku Madhusudhan, Emeline Bolmont, Kevin Heng, Tiffany Kataria, Nikole Lewis,Renyu Hu, Jessica Krick, Vlada Stamenković, Björn Benneke, Stephen Kane & Didier Queloz, A map of the extreme day-night temperature gradient of a super-Earth exoplanet. Nature, DOI: 10.1038/nature17169

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