Vue d'artiste montrant une planète de la taille de Neptune dans le désert de Neptune. Il est extrêmement rare de trouver un objet de cette taille et de cette densité si proche de son étoile. Crédit :Université de Warwick/Mark Garlick
Le noyau survivant d'une géante gazeuse a été découvert en orbite autour d'une étoile lointaine par des astronomes de l'Université de Warwick, offrant un aperçu sans précédent de l'intérieur d'une planète.
Le noyau, qui est de la même taille que Neptune dans notre propre système solaire, On pense qu'il s'agit d'une géante gazeuse qui a été soit dépouillée de son atmosphère gazeuse, soit qui n'a pas réussi à en former une au début de sa vie.
L'équipe du département de physique de l'Université de Warwick rapporte la découverte aujourd'hui dans le journal La nature , et on pense que c'est la première fois que le noyau exposé d'une planète a été observé.
Il offre l'occasion unique de scruter l'intérieur d'une planète et d'en apprendre davantage sur sa composition.
Situé autour d'une étoile un peu comme la nôtre à environ 730 années-lumière, le noyau, nommé TOI 849 b orbite si près de son étoile hôte qu'une année ne dure que 18 heures et que sa température de surface est d'environ 1800K.
TOI 849 b a été trouvé dans une enquête sur les étoiles par Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) de la NASA, en utilisant la méthode du transit :observer les étoiles pour la baisse de luminosité révélatrice qui indique qu'une planète est passée devant elles. Il était situé dans le «désert de Neptune» - un terme utilisé par les astronomes pour une région proche des étoiles où nous voyons rarement des planètes de la masse de Neptune ou plus.
L'objet a ensuite été analysé à l'aide de l'instrument HARPS, sur un programme dirigé par l'Université de Warwick, à l'Observatoire de La Silla de l'Observatoire européen austral au Chili. Cela utilise l'effet Doppler pour mesurer la masse des exoplanètes en mesurant leur "oscillation" - de petits mouvements vers et loin de nous qui s'enregistrent comme de minuscules changements dans le spectre de lumière de l'étoile.
L'équipe a déterminé que la masse de l'objet est 2 à 3 fois supérieure à celle de Neptune, mais il est également incroyablement dense, avec tout le matériel qui compose cette masse écrasé dans un objet de la même taille.
La ligne rouge montre la trajectoire évolutive d'une planète simulée qui a finalement des propriétés similaires à la planète réelle TOI-849b, comme on le trouve dans le modèle de Berne de formation et d'évolution des planètes. La trace est indiquée dans le plan du demi-grand axe en unités astronomiques (UA), c'est la distance orbitale de l'étoile, sur l'axe des abscisses, et le rayon de la planète en unités de rayons joviens sur l'axe des y. Les points bleu-rouge montrent d'autres planètes prédites par le modèle. La Terre et Jupiter sont montrés à leurs positions pour comparaison. La planète commence à se former au temps initial t=0 ans sous la forme d'un petit embryon planétaire à environ 6 UA. La protoplanète grandit en masse au cours du million d'années qui suit, ce qui augmente son rayon. Dans cette phase, le rayon de la planète est encore très grand, car il est noyé dans le disque protoplanétaire dans lequel il se forme. La masse croissante de la protoplanète la fait migrer vers l'intérieur, vers l'étoile. Cela réduit à nouveau la taille de la planète. Après 3,5 millions d'années, la planète a migré vers le bord intérieur du disque. Là, il subit un impact géant très énergétique avec une autre protoplanète dans son système planétaire. L'énorme chaleur dégagée lors de la collision gonfle fortement l'enveloppe gazeuse de la planète. L'enveloppe est perdue par débordement Roche-lobe, et un noyau planétaire exposé apparaît. Dans les milliards d'années suivants, le noyau exposé spirale lentement vers son étoile hôte en raison des interactions de marée. La planète simulée a maintenant des propriétés comme une masse, rayon, et la distance orbitale qui sont très similaires aux propriétés observées de TOI-849b qui est représentée par un symbole noir-jaune. À la fin, après environ 9,5 milliards d'années, la planète tombe dans son étoile hôte. Crédit :© Université de Berne
L'auteur principal, le Dr David Armstrong du département de physique de l'Université de Warwick, a déclaré :« Bien qu'il s'agisse d'une planète exceptionnellement massive, c'est loin du plus massif que nous connaissions. Mais c'est le plus massif que l'on connaisse pour sa taille, et extrêmement dense pour quelque chose de la taille de Neptune, ce qui nous dit que cette planète a une histoire très inhabituelle. Le fait qu'il se trouve dans un endroit étrange pour sa masse aide également - nous ne voyons pas de planètes avec cette masse à ces courtes périodes orbitales.
"TOI 849 b est la planète terrestre la plus massive - qui a une densité semblable à la Terre - découverte. Nous nous attendrions à ce qu'une planète aussi massive ait accumulé de grandes quantités d'hydrogène et d'hélium lors de sa formation, devenant quelque chose de similaire à Jupiter. Le fait que nous ne voyions pas ces gaz nous permet de savoir qu'il s'agit d'un noyau planétaire exposé.
"C'est la première fois que nous découvrons un noyau exposé intact d'une géante gazeuse autour d'une étoile."
Il existe deux théories expliquant pourquoi nous voyons le noyau de la planète, plutôt qu'une géante gazeuse typique. La première est qu'il était autrefois similaire à Jupiter mais qu'il a perdu la quasi-totalité de son gaz extérieur par diverses méthodes. Ceux-ci pourraient inclure la perturbation des marées, où la planète est déchirée en orbite trop près de son étoile, ou même une collision avec une autre planète. La photoévaporation à grande échelle de l'atmosphère pourrait également jouer un rôle, mais ne peut pas expliquer tout le gaz qui a été perdu.
Alternativement, il pourrait s'agir d'une géante gazeuse « ratée ». Les scientifiques pensent qu'une fois que le noyau de la géante gazeuse s'est formé, quelque chose aurait pu mal tourner et il n'a jamais formé d'atmosphère. Cela aurait pu se produire s'il y avait un trou dans le disque de poussière à partir duquel la planète s'est formée, ou s'il s'est formé tardivement et que le disque a manqué de matière.
Le Dr Armstrong ajoute :« D'une manière ou d'une autre, TOI 849 b était soit une géante gazeuse, soit une géante gazeuse « ratée ».
"C'est une première, nous disant que des planètes comme celle-ci existent et peuvent être trouvées. Nous avons la possibilité de regarder le noyau d'une planète d'une manière que nous ne pouvons pas faire dans notre propre système solaire. Il y a encore de grandes questions ouvertes sur la nature du noyau de Jupiter, par exemple, des exoplanètes si étranges et inhabituelles comme celle-ci nous donnent une fenêtre sur la formation des planètes que nous n'avons pas d'autre moyen d'explorer.
"Bien que nous n'ayons pas encore d'informations sur sa composition chimique, nous pouvons le suivre avec d'autres télescopes. Parce que TOI 849 b est si proche de l'étoile, toute atmosphère restante autour de la planète doit être constamment reconstituée à partir du noyau. Donc, si nous pouvons mesurer cette atmosphère, nous pourrons avoir un aperçu de la composition du noyau lui-même. »
