Qu'est-ce qui fait qu'une planète rocheuse ressemble à la Terre ? Les astronomes et les géoscientifiques ont uni leurs forces en utilisant les données du Sloan Digital Sky Survey (SDSS) pour étudier le mélange d'éléments dans les étoiles hôtes de l'exoplanète, et de considérer ce que cela révèle sur leurs planètes.

Dans les résultats présentés aujourd'hui lors de la réunion de l'American Astronomical Society (AAS) à Grapevine, Texas, l'astronome Johanna Teske a expliqué, "notre étude combine de nouvelles observations d'étoiles avec de nouveaux modèles d'intérieurs planétaires. Nous voulons mieux comprendre la diversité des petites, composition et structure des exoplanètes rocheuses :quelle est la probabilité qu'elles aient une tectonique des plaques ou des champs magnétiques ? »

Des planètes de la taille de la Terre ont été trouvées autour de nombreuses étoiles, mais la taille de la Terre ne signifie pas nécessairement semblable à la Terre. Certaines de ces planètes de la taille de la Terre ont été trouvées en orbite autour d'étoiles avec des compositions chimiques assez différentes de notre Soleil, et ces différences de chimie pourraient avoir des conséquences importantes.

Les astronomes du Sloan Digital Sky Survey ont fait ces observations à l'aide du spectrographe APOGEE (Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment) sur le télescope de 2,5 m de la Sloan Foundation à l'observatoire Apache Point au Nouveau-Mexique. Cet instrument capte la lumière dans le proche infrarouge du spectre électromagnétique et la disperse, comme un prisme, pour révéler les signatures des différents éléments dans les atmosphères des étoiles. Une fraction des presque 200, 000 étoiles recensées par APOGEE chevauchent l'échantillon d'étoiles ciblées par la mission Kepler de la NASA, qui a été conçu pour trouver des planètes potentiellement semblables à la Terre. Le travail présenté aujourd'hui se concentre sur quatre-vingt-dix étoiles de Kepler qui montrent des preuves d'hébergement de planètes rocheuses, et qui ont également fait l'objet d'une enquête par APOGEE.

En particulier, Teske et ses collègues ont présenté des systèmes solaires autour des étoiles Kepler 102 et Kepler 407. Kepler 102 est légèrement moins lumineux que le Soleil et possède cinq planètes connues; Kepler 407 est une étoile presque identique en masse au Soleil et héberge au moins deux planètes, un avec une masse inférieure à 3 masses terrestres.

"En regardant ces deux systèmes d'exoplanètes en particulier, " Teske explique, "nous avons déterminé que Kepler 102 est comme le Soleil, mais Kepler 407 a beaucoup plus de silicium."

Pour comprendre ce que beaucoup plus de silicium pourrait signifier pour les planètes autour de Kepler 407, les astronomes se sont tournés vers les géophysiciens pour obtenir de l'aide. Cayman Unterborn de l'Arizona State University a utilisé des modèles informatiques de la formation des planètes. "Nous avons pris les compositions d'étoiles trouvées par APOGEE et modélisé la façon dont les éléments se sont condensés en planètes dans nos modèles. Nous avons découvert que la planète autour de Kepler 407, que nous avons appelé 'Janet, " serait probablement riche en grenat minéral. La planète autour de Kepler 102, que nous avons appelé 'Olive, ' est probablement riche en olivine, comme la Terre."

Cette différence apparemment minime dans les minéraux pourrait avoir des conséquences majeures pour Janet et Olive. Le grenat est un minéral plus rigide que l'olivine, donc il coule plus lentement. Unterborn explique que cela signifie qu'une planète grenat comme Janet serait beaucoup moins susceptible d'avoir une tectonique des plaques à long terme. "Pour soutenir la tectonique des plaques sur des échelles de temps géologiques, une planète doit avoir la bonne composition minérale, " dit Unterborn.

La tectonique des plaques est considérée comme essentielle à la vie sur Terre, à cause de la façon dont les volcans et les dorsales océaniques recyclent les éléments entre la croûte terrestre et le manteau. Ce recyclage régule la composition de notre atmosphère. Wendy Panero de la School of Earth Sciences de l'Ohio State University affirme que « sans ces processus géologiques, la vie n'a peut-être pas eu la chance d'évoluer sur Terre. » Déterminer la probabilité de tels processus géologiques sur d'autres planètes aidera à distinguer celles qui sont les meilleures cibles pour les futures missions à la recherche de signes de vie. « Si nous cherchons une aiguille , " Panero dit, « pourquoi ne pas commencer dans la boîte à couture ? »

La prochaine étape des recherches de l'équipe est d'étendre cette étude à toutes les étoiles observées par APOGEE qui hébergent de petites planètes. Cette extension permettrait aux astronomes de cartographier un plus large éventail de compositions et de structures de planètes pour trouver celles qui sont les plus susceptibles d'être semblables à la Terre dans leur contenu minéral. Teske conclut, « Au fur et à mesure que nous en avons appris davantage sur la Terre, nous avons appris combien de pièces s'assemblent pour le rendre habitable. How often will exoplanets get that lucky?"