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    Les mystères de la planète barbe à papa se dévoilent dans de nouvelles observations de Hubble

    Cette illustration représente l'étoile Kepler 51 semblable au Soleil et trois planètes géantes découvertes par le télescope spatial Kepler de la NASA en 2012-2014. Ces planètes ont toutes à peu près la taille de Jupiter mais une infime fraction de sa masse. Cela signifie que les planètes ont une densité extraordinairement faible, plus comme celui de la mousse de polystyrène plutôt que de la roche ou de l'eau, basé sur les nouvelles observations du télescope spatial Hubble. Les planètes se sont peut-être formées beaucoup plus loin de leur étoile et ont migré vers l'intérieur. Maintenant, leurs atmosphères gonflées d'hydrogène/hélium saignent dans l'espace. Finalement, des planètes beaucoup plus petites pourraient être laissées pour compte. Le champ d'étoiles d'arrière-plan est correctement tracé, tel qu'il apparaîtrait si nous regardions notre Soleil à la distance d'environ 2 de Kepler 51, 600 années-lumière, le long du bras spiral d'Orion de notre galaxie. Cependant, le Soleil est trop faible pour être vu dans cette vue simulée à l'œil nu. Crédit :NASA, ESA, et L. Hustak, J. Olmsted, D. Player et F. Summers (STScI)

    "Super-Puffs" peut ressembler à une nouvelle céréale pour le petit-déjeuner. Mais c'est en fait le surnom d'une classe unique et rare de jeunes exoplanètes qui ont la densité de la barbe à papa. Rien de tel n'existe dans notre système solaire.

    De nouvelles données du télescope spatial Hubble de la NASA ont fourni les premiers indices sur la chimie de deux de ces planètes super-gonflées, qui sont situés dans le système Kepler 51. Ce système d'exoplanètes, qui possède en fait trois super-bouffées en orbite autour d'une jeune étoile semblable au Soleil, a été découvert par le télescope spatial Kepler de la NASA en 2012. Cependant, ce n'est qu'en 2014 que les faibles densités de ces planètes ont été déterminées, à la surprise de beaucoup.

    Les récentes observations de Hubble ont permis à une équipe d'astronomes d'affiner les estimations de masse et de taille de ces mondes, confirmant indépendamment leur nature "gonflée". Bien que pas plus de plusieurs fois la masse de la Terre, leurs atmosphères d'hydrogène/hélium sont si gonflées qu'elles ont presque la taille de Jupiter. En d'autres termes, ces planètes peuvent sembler aussi grosses et volumineuses que Jupiter, mais sont environ cent fois plus légers en termes de masse.

    Comment et pourquoi leur atmosphère s'envole-t-elle reste inconnue, mais cette caractéristique fait des super-bouffées des cibles de choix pour l'étude atmosphérique. En utilisant Hubble, l'équipe est allée chercher des preuves de composants, notamment l'eau, dans les atmosphères des planètes, appelé Kepler-51 b et 51 d. Hubble a observé les planètes lorsqu'elles sont passées devant leur étoile, visant à observer la couleur infrarouge de leurs couchers de soleil. Les astronomes ont déduit la quantité de lumière absorbée par l'atmosphère en lumière infrarouge. Ce type d'observation permet aux scientifiques de rechercher les signes révélateurs des constituants chimiques des planètes, comme l'eau.

    Au grand étonnement de l'équipe Hubble, ils ont découvert que les spectres des deux planètes n'avaient aucune signature chimique révélatrice. Ils attribuent ce résultat à des nuages ​​de particules élevés dans leur atmosphère. "C'était complètement inattendu, " a déclaré Jessica Libby-Roberts de l'Université du Colorado, Rocher, "nous avions prévu d'observer de grandes caractéristiques d'absorption d'eau, mais ils n'étaient tout simplement pas là. Nous étions assombris!" Cependant, contrairement aux nuages ​​d'eau de la Terre, les nuages ​​sur ces planètes peuvent être composés de cristaux de sel ou de brumes photochimiques, comme ceux trouvés sur la plus grande lune de Saturne, Titan.

    Cette illustration représente les trois planètes géantes en orbite autour de l'étoile semblable au Soleil Kepler 51 par rapport à certaines des planètes de notre système solaire. Ces planètes ont toutes à peu près la taille de Jupiter, mais une très petite fraction de sa masse. Le télescope spatial Kepler de la NASA a détecté les ombres de ces planètes en 2012-2014 alors qu'elles passaient devant leur étoile. Il n'y a pas d'imagerie directe. Par conséquent, les couleurs des planètes Kepler 51 dans cette illustration sont imaginaires. Crédit :NASA, ESA, et L. Hustak et J. Olmsted (STScI)

    Ces nuages ​​fournissent à l'équipe un aperçu de la façon dont Kepler-51 b et 51 d se comparent à d'autres à faible masse, planètes riches en gaz en dehors de notre système solaire. Lorsque l'on compare les spectres plats des super-bouffées avec les spectres d'autres planètes, l'équipe a pu soutenir l'hypothèse que la formation de nuages/brume est liée à la température d'une planète - plus une planète est froide, plus il devient nuageux.

    L'équipe a également exploré la possibilité que ces planètes ne soient pas du tout des super-bouffées. L'attraction gravitationnelle entre les planètes crée de légers changements dans leurs périodes orbitales, et à partir de ces effets de synchronisation, les masses planétaires peuvent être dérivées. En combinant les variations du moment où une planète passe devant son étoile (un événement appelé transit) avec les transits observés par le télescope spatial Kepler, l'équipe a mieux contraint les masses planétaires et la dynamique du système. Leurs résultats concordaient avec ceux mesurés précédemment pour Kepler-51 b. Cependant, ils ont découvert que Kepler-51 d était légèrement moins massif (ou que la planète était encore plus gonflée) qu'on ne le pensait auparavant.

    À la fin, l'équipe a conclu que les faibles densités de ces planètes sont en partie une conséquence du jeune âge du système, à peine 500 millions d'années, par rapport à notre Soleil de 4,6 milliards d'années. Les modèles suggèrent que ces planètes se sont formées en dehors de la "ligne de neige" de l'étoile, " la région des orbites possibles où les matériaux glacés peuvent survivre. Les planètes ont alors migré vers l'intérieur, comme une chaîne de wagons de chemin de fer.

    Maintenant, avec les planètes beaucoup plus proches de l'étoile, leurs atmosphères de faible densité devraient s'évaporer dans l'espace au cours des prochains milliards d'années. En utilisant des modèles d'évolution planétaire, l'équipe a pu montrer que Kepler-51 b, la planète la plus proche de l'étoile, ressemblera un jour (dans un milliard d'années) à une version plus petite et plus chaude de Neptune, un type de planète assez commun dans toute la Voie lactée. Cependant, il semble que Kepler-51 d, qui est plus loin de l'étoile, continuera d'être une planète excentrique à faible densité, bien qu'il rétrécisse et perde une petite quantité d'atmosphère. "Ce système offre un laboratoire unique pour tester les théories de l'évolution des premières planètes, " a déclaré Zach Berta-Thompson de l'Université du Colorado, Rocher.

    La bonne nouvelle est que tout n'est pas perdu pour déterminer la composition atmosphérique de ces deux planètes. Le prochain télescope spatial James Webb de la NASA, avec sa sensibilité aux longueurs d'onde infrarouges plus longues de la lumière, peut être en mesure de scruter à travers les couches nuageuses. De futures observations avec ce télescope pourraient donner un aperçu de la composition réelle de ces planètes en barbe à papa. Jusque là, ces planètes restent un doux mystère.


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