Des chercheurs des universités de Zurich et de Cambridge ont découvert une nouvelle classe exotique de planètes en dehors de notre système solaire. Ces super-Terres se sont formées à des températures élevées à proximité de leur étoile hôte et contiennent de grandes quantités de calcium, aluminium et leurs oxydes, y compris le saphir et le rubis.

A vingt et une années-lumière de la Terre dans la constellation de Cassiopée, une planète orbite autour de son étoile avec une période orbitale de seulement trois jours. Son nom est HD219134 b. C'est une soi-disant "super-Terre, " avec une masse presque cinq fois supérieure à celle de la Terre. Contrairement à la Terre cependant, il n'a probablement pas de noyau de fer massif, mais est riche en calcium et en aluminium.

"Peut-être qu'il scintille du rouge au bleu comme des rubis et des saphirs, parce que ces pierres précieuses sont des oxydes d'aluminium qui sont communs sur l'exoplanète, " dit Caroline Dorn, astrophysicien à l'Institut des sciences informatiques de l'Université de Zurich. HD219134 b est l'un des trois candidats susceptibles d'appartenir à un nouveau, classe exotique d'exoplanètes, comme Caroline Dorn et ses collègues des universités de Zurich et de Cambridge le rapportent maintenant dans le British journal MNRAS .

Les chercheurs étudient la formation des planètes à l'aide de modèles théoriques et comparent leurs résultats avec les données d'observations. On sait que lors de leur formation, des étoiles comme le soleil étaient entourées d'un disque de gaz et de poussière dans lequel naissaient les planètes. Des planètes rocheuses comme la Terre se sont formées à partir des corps solides restants lorsque le disque de gaz proto-planétaire s'est dispersé. Ces blocs de construction se sont condensés à partir du gaz nébulaire au fur et à mesure que le disque refroidissait. "Normalement, ces blocs de construction sont formés dans des régions où des éléments rocheux tels que le fer, le magnésium et le silicium se sont condensés, " explique Dorn qui est associé au PRN PlanetS. Les planètes résultantes ont une composition semblable à la Terre avec un noyau de fer. La plupart des super-Terres connues à ce jour se sont formées dans de telles régions.

La composition des super-Terres est plus diversifiée que prévu

Mais il y a aussi des régions proches de l'étoile où il fait beaucoup plus chaud. "Là, de nombreux éléments sont encore en phase gazeuse, et les blocs de construction planétaires ont une composition complètement différente, ", dit l'astrophysicien.

Avec leurs modèles, l'équipe de recherche a calculé à quoi devrait ressembler une planète en formation dans une région aussi chaude. Leur résultat :le calcium et l'aluminium sont les principaux constituants aux côtés du magnésium et du silicium, et il n'y a presque pas de fer. "C'est pourquoi de telles planètes ne peuvent pas, par exemple, avoir un champ magnétique comme la Terre, " dit Dorn. Et parce que la structure interne est si différente, leur comportement de refroidissement et leurs atmosphères différeront également de ceux des super-Terres normales. L'équipe parle donc d'un nouveau, classe exotique de super-Terres formées de condensats à haute température.

"Ce qui est excitant, c'est que ces objets sont complètement différents de la majorité des planètes semblables à la Terre, " dit Dorn, "s'ils existent réellement." La probabilité est élevée, comme l'expliquent les astrophysiciens dans leur article. « Dans nos calculs, nous avons découvert que ces planètes ont des densités de 10 à 20 pour cent inférieures à celles de la Terre."

D'autres exoplanètes avec des densités similaires ont également été analysées par l'équipe. « Nous avons examiné différents scénarios pour expliquer les densités observées, " dit Dorn. Par exemple, une atmosphère épaisse pourrait conduire à une densité globale plus faible. Mais deux des exoplanètes étudiées, 55 Cancri e et WASP-47 e, orbitent si près de leur étoile que leur température de surface est de près de 3000 degrés et ils auraient perdu cette enveloppe de gaz depuis longtemps.

"Sur HD219134b, il fait moins chaud, et la situation est plus compliquée, " explique Dorn. À première vue, la densité plus faible pourrait également s'expliquer par les océans profonds. Mais une deuxième planète en orbite autour de l'étoile un peu plus loin rend ce scénario peu probable. Une comparaison des deux objets a montré que la planète intérieure ne peut pas contenir plus d'eau ou de gaz que la planète extérieure. On ne sait toujours pas si les océans de magma peuvent contribuer à la plus faible densité.

"Nous avons donc trouvé trois candidats qui appartiennent à une nouvelle classe de super-Terres avec cette composition exotique, " dit Dorn. Les chercheurs corrigent également une image antérieure de la super-Terre 55 Cancri e, qui avait fait les gros titres en 2012 sous le nom de "diamant dans le ciel". Les chercheurs avaient précédemment supposé que la planète se composait en grande partie de carbone, mais dut abandonner cette théorie sur la base d'observations ultérieures. "Nous transformons la supposée planète diamant en une planète saphir, " rit Dorn.