Une équipe internationale d'astronomes, dont un groupe de l'Université de Warwick, ont découvert la première planète Ultra Hot Neptune en orbite autour de l'étoile voisine LTT 9779.

Le monde orbite si près de son étoile que son année ne dure que 19 heures, ce qui signifie que le rayonnement stellaire chauffe la planète à plus de 1700 degrés Celsius.

A ces températures, des éléments lourds comme le fer peuvent être ionisés dans l'atmosphère et des molécules dissociées, fournissant un laboratoire unique pour étudier la chimie des planètes en dehors du système solaire.

Bien que le monde pèse deux fois plus que Neptune, il est également légèrement plus grand et a donc une densité similaire. Par conséquent, LTT 9779b devrait avoir un énorme noyau d'environ 28 masses terrestres, et une atmosphère qui représente environ 9% de la masse planétaire totale.

Le système lui-même a environ la moitié de l'âge du Soleil, à 2 milliards d'années, et compte tenu de l'irradiation intense, on ne s'attendrait pas à ce qu'une planète semblable à Neptune garde son atmosphère aussi longtemps, fournir un puzzle intrigant à résoudre ; comment un système aussi improbable est né.

LTT 9779 est une étoile semblable au Soleil située à une distance de 260 années-lumière, un jet de pierre en termes astronomiques. Il est super riche en métaux, ayant deux fois plus de fer dans son atmosphère que le Soleil. Cela pourrait être un indicateur clé du fait que la planète était à l'origine une géante gazeuse beaucoup plus grande, puisque ces corps se forment préférentiellement à proximité des étoiles avec les plus fortes abondances de fer.

Les premières indications de l'existence de la planète ont été faites à l'aide du Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), dans le cadre de sa mission de découvrir de petites planètes en transit orbitant des étoiles proches et brillantes dans tout le ciel. De tels transits se produisent lorsqu'une planète passe directement devant son étoile mère, bloquant une partie de la lumière des étoiles, et la quantité de lumière bloquée révèle la taille du compagnon. Des mondes comme ceux-là, une fois pleinement confirmé, peut permettre aux astronomes d'étudier leurs atmosphères, fournir une meilleure compréhension des processus de formation et d'évolution des planètes.

Le signal de transit a été rapidement confirmé début novembre 2018 comme provenant d'un corps de masse planétaire, à l'aide d'observations prises avec l'instrument HARPS (High Accuracy Radial-velocity Planet Searcher), monté sur le télescope de 3,6 m de l'observatoire de l'ESO la Silla dans le nord du Chili. HARPS utilise la méthode Doppler Wobble pour mesurer les masses des planètes et les caractéristiques orbitales comme la période. Lorsque des objets sont trouvés en transit, Des mesures Doppler peuvent être organisées pour confirmer la nature planétaire de manière efficace. Dans le cas du LTT 9779b, l'équipe a pu confirmer la réalité de la planète après seulement une semaine d'observations.

L'Université de Warwick est une institution de premier plan au sein du consortium Next-Generation Transit Survey (NGTS), dont les télescopes de Paranal au Chili ont effectué des observations de suivi pour aider à confirmer la découverte de la planète. Le Dr George King du département de physique de l'Université de Warwick a travaillé sur l'analyse des résultats.

Il a déclaré:"Nous avons été très heureux lorsque nos télescopes NGTS ont confirmé le signal de transit de cette nouvelle planète passionnante. La baisse de luminosité n'est que de deux dixièmes d'un pour cent, et très peu de télescopes sont capables de faire des mesures aussi précises."

Le professeur James Jenkins du département d'astronomie de l'Université du Chili, qui dirigeait l'équipe, a déclaré :« La découverte du LTT 9779b si tôt dans la mission TESS a été une surprise totale ; un pari qui a payé. La majorité des événements de transit avec des périodes moins qu'une journée de participation à des faux positifs, normalement en arrière-plan éclipsant les étoiles binaires."

LTT 9779b est une bête rare en effet, existant dans une région peu peuplée de l'espace des paramètres planétaires. "La planète existe dans quelque chose connu sous le nom de 'désert de Neptune', une région dépourvue de planètes quand on regarde la population de masses et de tailles planétaires. Bien que les géantes glacées semblent être un sous-produit assez courant du processus de formation des planètes, ce n'est pas le cas très proche de leurs étoiles. Nous pensons que ces planètes se sont débarrassées de leur atmosphère au cours du temps cosmique, finissant comme des planètes dites à ultra courte période. » a expliqué Jenkins.

Les calculs du Dr King ont confirmé que l'atmosphère du LTT 9779b aurait dû être dépouillée de son atmosphère par un processus appelé photoévaporation. Il a déclaré:"Les rayons X et ultraviolets intenses de la jeune étoile mère auront chauffé la haute atmosphère de la planète et auraient dû chasser les gaz atmosphériques dans l'espace." D'autre part, Les calculs du Dr King ont montré qu'il n'y avait pas assez de chauffage aux rayons X pour que LTT 9779b ait commencé comme une géante gazeuse beaucoup plus massive. "La photoévaporation aurait dû donner soit une roche nue, soit une géante gazeuse, " expliqua-t-il. " Ce qui signifie qu'il doit y avoir quelque chose de nouveau et d'inhabituel que nous devons essayer d'expliquer à propos de l'histoire de cette planète. "

Le professeur Jenkins a fait remarquer :« Les modèles de structure planétaire nous disent que la planète est un monde dominé par un noyau géant, mais surtout, il devrait exister deux à trois masses terrestres de gaz atmosphérique. Mais si l'étoile est si vieille, pourquoi une atmosphère existe-t-elle ? Bien, si LTT 9779b a commencé sa vie en tant que géante gazeuse, puis un processus appelé Roche Lobe Overflow aurait pu transférer des quantités importantes de gaz atmosphérique sur l'étoile."

Roche Lobe Overflow est un processus par lequel une planète s'approche si près de son étoile que la gravité plus forte de l'étoile peut capturer les couches externes de la planète, provoquant son transfert sur l'étoile et diminuant ainsi considérablement la masse de la planète. Les modèles prédisent des résultats similaires à ceux du système LTT 9779, mais ils nécessitent également un réglage fin.

"Il se pourrait aussi que le LTT 9779b soit arrivé sur son orbite actuelle assez tard dans la journée, et n'a donc pas eu le temps de se dépouiller de l'atmosphère. Des collisions avec d'autres planètes du système auraient pu le projeter vers l'intérieur vers l'étoile. En effet, puisque c'est un monde si unique et rare, des scénarios plus exotiques peuvent être plausibles", a ajouté Jenkins.

Puisque la planète semble avoir une atmosphère importante, et qu'il orbite autour d'une étoile relativement brillante, de futures études sur l'atmosphère planétaire pourraient révéler certains des mystères liés à la formation de telles planètes, comment ils évoluent, et les détails de leur composition. Jenkins a conclu :« La planète est très chaude, ce qui motive une recherche d'éléments plus lourds que l'Hydrogène et l'Hélium, avec les noyaux atomiques ionisés. Il est dégrisant de penser que cette «planète improbable» est probablement si rare que nous ne trouverons pas un autre laboratoire comme celui-ci pour étudier en détail la nature des Ultra Hot Neptunes. Par conséquent, nous devons extraire chaque once de connaissance que nous pouvons de ce diamant brut, l'observer avec des instruments spatiaux et terrestres au cours des prochaines années. »

"An Ultra Hot Neptune in the Neptune Desert" est publié dans Astronomie de la nature .