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    La faible densité de certaines exoplanètes est confirmée

    Représentation d'un artiste du système stellaire Kepler-9 et de deux de ses planètes. Les astronomes ont confirmé les très faibles densités de deux des planètes de Kepler-9 en utilisant à la fois des méthodes de temps de transit et de vitesse radiale. Crédit :NASA, Jet Propulsion Laboratory/California Institute of Technology, Centre de recherche Ames

    La mission Kepler et son prolongement, appelé K2, découvert des milliers d'exoplanètes. Il les a détectés par la technique du transit, mesurant la baisse de l'intensité lumineuse chaque fois qu'une planète en orbite traversait la face de son étoile hôte vue de la Terre. Les transits peuvent non seulement mesurer la période orbitale, ils peuvent souvent déterminer la taille de l'exoplanète à partir de la profondeur et de la forme détaillées de sa courbe de transit et des propriétés de l'étoile hôte. Le mode transit, cependant, ne mesure pas la masse de la planète. La méthode de la vitesse radiale, par contre, qui mesure l'oscillation d'une étoile hôte sous l'attraction gravitationnelle d'une exoplanète en orbite, permet de mesurer sa masse. Connaître le rayon et la masse d'une planète permet de déterminer sa densité moyenne, et donc des indices sur sa composition.

    Il y a une quinzaine d'années, Les astronomes de CfA et d'autres ont réalisé que dans les systèmes planétaires avec plusieurs planètes, le remorqueur gravitationnel périodique d'une planète sur une autre modifiera leurs paramètres orbitaux. Bien que la méthode du transit ne puisse pas mesurer directement les masses des exoplanètes, il peut détecter ces variations orbitales et celles-ci peuvent être modélisées pour déduire des masses. Kepler a identifié des centaines de systèmes d'exoplanètes avec des variations de temps de transit, et des dizaines ont été modélisées avec succès. Étonnamment, cette procédure a semblé trouver une prévalence d'exoplanètes avec de très faibles densités. Le système Kepler-9, par exemple, semble avoir deux planètes avec des densités respectivement de 0,42 et 0,31 gramme par centimètre cube. (En comparaison, la densité moyenne de la Terre rocheuse est de 5,51 grammes par centimètre cube, l'eau est, par définition, 1,0 gramme par centimètre cube, et la géante gazeuse Saturne est de 0,69 gramme par centimètre cube.) Les résultats frappants jettent un doute sur une ou plusieurs parties de la méthodologie de variation du temps de transit et ont créé une préoccupation de longue date.

    les astronomes du CFA David Charbonneau, David Latham, Mercedes Lopez-Morales, et David Phillips, et leurs collègues ont testé la fiabilité de la méthode en mesurant les densités des planètes Kepler-9 en utilisant la méthode de la vitesse radiale, ses deux planètes semblables à Saturne font partie d'un petit groupe d'exoplanètes dont les masses peuvent être mesurées (à peine) avec l'une ou l'autre technique. Ils ont utilisé le spectromètre HARPS-N du Telescopio Nazionale Galileo à La Palma pendant seize époques d'observation; HARPS-N peut généralement mesurer les variations de vitesse avec une erreur aussi minime qu'environ vingt milles à l'heure. Leurs résultats confirment les très faibles densités obtenues par la méthode du temps de transit, et vérifier la puissance de la méthode transit-variation.


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