Une série de quatre études ont apporté un nouvel éclairage sur les propriétés du système planétaire TRAPPIST-1, actuellement notre espoir le plus optimal pour des preuves de vie biologique au-delà du système solaire.

Depuis que l'étendue du système planétaire TRAPPIST-1 a été révélée en février 2017, il a captivé l'imagination des gens du monde entier.

Les nouvelles études, y compris les articles publiés aujourd'hui dans Astronomie de la nature et Astronomie et astrophysique , sont le résultat de chercheurs travaillant pour mieux caractériser les planètes et collecter plus d'informations à leur sujet.

L'équipe internationale a d'abord affiné les propriétés de l'étoile au centre du système, et d'autre part amélioré les mesures des rayons des planètes. Une troisième étude offre de meilleures estimations que jamais pour les masses des planètes tandis que dans la quatrième étude, l'équipe a effectué des observations de reconnaissance des atmosphères des planètes.

Les quatre études internationales ont été réalisées en collaboration avec l'astronome de l'Université de Birmingham, le Dr Amaury Triaud. Il explique, "Après avoir découvert cet incroyable système planétaire, notre équipe était extrêmement impatiente d'en savoir plus sur TRAPPIST-1. Un an plus tard, nous rapportons nos résultats. Grâce à nos efforts, les planètes TRAPPIST-1 sont en train de devenir les mondes les mieux étudiés en dehors du système solaire."

L'équipe a découvert que les sept planètes sont principalement constituées de roches, avec jusqu'à 5 pour cent de leur masse dans l'eau - une quantité importante. Par comparaison, les océans de notre Terre ne représentent que 0,02 % de la masse de notre planète.

En outre, cinq des planètes semblent dépourvues d'atmosphère composée d'hydrogène et d'hélium, comme pour Neptune ou Uranus. Cette nouvelle information renforce l'idée que les sept planètes de TRAPPIST-1 sont similaires aux mondes rocheux du système solaire à bien des égards.

La forme que prend l'eau sur les planètes TRAPPIST-1 dépendrait de la quantité de chaleur qu'elles reçoivent de leur étoile, qui est à peine 9 pour cent aussi lourd que notre Soleil.

Les sept planètes sont considérées comme tempérées, ce qui signifie que dans certaines conditions géologiques et atmosphériques, tous pourraient posséder des conditions permettant à l'eau de rester liquide. Travail, incluant la série de résultats de l'équipe, est maintenant en train de déterminer lesquelles de ces planètes tempérées sont les plus susceptibles d'être habitables.

Des sept, TRAPPISTE-1e, le quatrième de l'étoile, est actuellement le plus proche de la Terre bien que beaucoup reste à savoir, notamment les conditions de surface, et s'il détient une atmosphère.

Le Dr Triaud poursuit, "Lorsque nous combinons nos nouvelles masses avec nos mesures de rayons améliorées, et notre meilleure connaissance de l'étoile, on obtient des densités précises pour chacun des sept mondes, et obtenir des informations sur leur composition interne. Les sept planètes ressemblent remarquablement à Mercure, Vénus, notre terre, sa Lune, et Mars."

Professeur Brice-Olivier Demory, co-auteur à l'Université de Berne, ajoutée, "Les densités, tandis que des indices importants sur la composition des planètes, ne dites rien sur l'habitabilité. Cependant, notre étude est un pas en avant important alors que nous continuons à explorer si ces planètes pourraient soutenir la vie. »

Dans le cadre de cette série de travaux, l'équipe a utilisé le télescope spatial Hubble pendant que les planètes passaient devant leur étoile, tentant de capter des signaux infimes pendant que la lumière des étoiles interagit avec l'atmosphère des planètes.

Leurs mesures minutieuses n'ont trouvé aucune preuve d'atmosphères dominées par l'hydrogène sur les planètes TRAPPIST-1d, e et f (b et c ont été effectués l'année dernière) bien que l'atmosphère dominée par l'hydrogène ne puisse être exclue pour g. Jusque là, les données collectées sont toujours cohérentes avec, mais ne peut pas confirmer si les planètes ont des atmosphères similaires à Vénus, ou la Terre. Cette identification se fera par de nouvelles observations.

"Hubble effectue le travail de reconnaissance préliminaire afin que les astronomes utilisant Webb sachent par où commencer, " a déclaré Nikole Lewis du Space Telescope Science Institute (STScI) à Baltimore, Maryland, co-responsable de l'étude Hubble. "L'élimination d'un scénario possible pour la composition de ces atmosphères permet aux astronomes du télescope Webb de planifier leurs programmes d'observation pour rechercher d'autres scénarios possibles pour la composition de ces atmosphères."

Qu'est-ce que TRAPPIST-1 ?

TRAPPIST-1 est nommé d'après le petit télescope des planètes en transit et des planétésimaux (TRAPPIST) au Chili, qui a découvert deux des sept planètes que nous connaissons aujourd'hui - annoncé en 2016. Le télescope spatial Spitzer de la NASA, en collaboration avec des télescopes au sol, confirmé ces planètes et découvert les cinq autres du système. Depuis, Le télescope spatial Kepler de la NASA a également observé le système TRAPPIST-1, et Spitzer a collecté des données supplémentaires. Ce nouveau corpus de données a aidé l'équipe à brosser un tableau plus clair du système que jamais, bien qu'il reste encore beaucoup à apprendre sur TRAPPIST-1.

Les planètes TRAPPIST-1 se serrent si près les unes des autres qu'une personne debout à la surface de l'un de ces mondes aurait une vue spectaculaire sur les planètes voisines dans le ciel, qui semblerait parfois plus grande que la Lune ne semble à un observateur sur Terre. Ils peuvent également être bloqués par les marées, ce qui signifie que le même côté de la planète fait toujours face à l'étoile, et chaque côté est en perpétuel jour ou nuit. Bien que les planètes soient toutes plus proches de leur étoile que Mercure ne l'est du Soleil, TRAPPIST-1 est une étoile tellement froide que ses planètes sont tempérées.

À quoi pourraient ressembler ces planètes ?

Il est impossible de savoir exactement à quoi ressemble chaque planète, car ils sont si loin. Dans notre propre système solaire, la Lune et Mars ont à peu près la même densité, pourtant leurs surfaces paraissent entièrement différentes.

Sur la base des données disponibles, voici les meilleures suppositions des scientifiques sur les apparences des planètes :

TRAPPISTE-1b, la planète la plus intime, est susceptible d'avoir un noyau rocheux, entouré d'une atmosphère beaucoup plus épaisse que celle de la Terre. TRAPPIST-1c a aussi probablement un intérieur rocheux, mais avec une atmosphère plus fine que la planète b. TRAPPISTE-1d, pendant ce temps, est la plus légère des planètes, environ 30 % de la masse de la Terre. Les scientifiques ne savent pas s'il a une grande atmosphère, un océan ou une couche de glace, tous trois donneraient à la planète une « enveloppe » de substances volatiles qui auraient du sens pour une planète de sa densité.

Les scientifiques ont été surpris que TRAPPIST-1e soit la seule planète du système légèrement plus dense que la Terre, suggérant qu'il peut avoir un noyau de fer plus dense que notre planète d'origine. Comme TRAPPIST-1c, il n'a pas nécessairement une atmosphère épaisse, océan ou couche de glace, ce qui rend ces deux planètes distinctes dans le système. Il est mystérieux pourquoi TRAPPIST-1e est tellement plus rocheux dans sa composition que le reste des planètes. En termes de taille, densité et la quantité de rayonnement qu'il reçoit de son étoile, c'est la planète la plus semblable à la Terre.

TRAPPISTE-1f, g et h sont suffisamment éloignés de l'étoile hôte pour que l'eau puisse être gelée sous forme de glace sur ces surfaces. S'ils ont des atmosphères minces, ils seraient peu susceptibles de contenir les molécules lourdes de la Terre telles que le dioxyde de carbone.

Comment savons nous?

Les scientifiques sont capables de calculer les densités des planètes parce qu'elles sont alignées de telle sorte que lorsqu'elles passent devant leur étoile, nos télescopes terrestres et spatiaux détectent une diminution de sa lumière. C'est ce qu'on appelle un transit. La quantité par laquelle la lumière des étoiles diminue est liée au rayon de la planète.

Pour obtenir la densité, les scientifiques tirent parti de ce que l'on appelle les « variations du temps de transit ».

S'il n'y avait pas d'autres forces gravitationnelles sur une planète en transit, il passerait toujours devant son étoile hôte dans le même laps de temps, par exemple, La Terre tourne autour du Soleil tous les 365 jours, c'est ainsi que nous définissons une année. Mais parce que les planètes TRAPPIST-1 sont si proches les unes des autres, ils changent très légèrement le calendrier des "années" de l'autre. Ces variations de synchronisation orbitale sont utilisées pour estimer les masses des planètes. Puis, la masse et le rayon sont utilisés pour calculer la densité.

Prochaines étapes

La prochaine étape dans l'exploration de TRAPPIST-1 sera le télescope spatial James Webb de la NASA, qui pourra approfondir la question de savoir si ces planètes ont des atmosphères et, si c'est le cas, à quoi ressemblent ces atmosphères, et s'ils permettent des conditions de surface adéquates pour permettre l'eau liquide.