Vue d'artiste d'une exoplanète plus petite que Neptune. Une nouvelle étude suggère une raison pour laquelle de telles planètes deviennent rarement plus grosses que Neptune :les océans de magma de la planète commencent à manger le ciel. Crédit :NASA/ESA/G. Bacon (STScI)/L. Kreidberg & J. Bean (U. Chicago)/H. Knutson (Caltech)
Pendant de nombreuses années, pour tout ce que nous savions, notre système solaire était seul dans l'univers. Puis de meilleurs télescopes ont commencé à révéler un trésor de planètes entourant des étoiles lointaines.
En 2014, Le télescope spatial Kepler de la NASA a remis aux scientifiques un assortiment de plus de 700 planètes lointaines flambant neuves à étudier, dont beaucoup sont différentes de ce que nous avions vu auparavant. Au lieu de géantes gazeuses comme Jupiter, que les sondages précédents avaient relevés en premier parce qu'ils sont plus faciles à voir, ces planètes étaient plus petites et principalement rocheuses en masse.
Les scientifiques ont remarqué qu'il y avait beaucoup de ces planètes de la taille ou juste plus grandes que la Terre, mais il y avait une coupure abrupte avant que les planètes n'atteignent la taille de Neptune. "C'est un bord de falaise dans les données, et c'est assez dramatique, " a déclaré le planétologue de l'Université de Chicago, Edwin Kite. " Ce qui nous intrigue, c'est pourquoi les planètes auraient tendance à cesser de croître au-delà d'environ trois fois la taille de la Terre. "
Dans un article publié le 17 décembre dans Lettres de revues astrophysiques , Kite et ses collègues de l'Université de Washington, Université de Stanford, et la Penn State University proposent une explication innovante de cette baisse :les océans de magma à la surface de ces planètes absorbent facilement leur atmosphère une fois que les planètes atteignent environ trois fois la taille de la Terre.
Cerf-volant, qui étudie l'histoire de Mars et les climats des autres mondes, était bien placé pour étudier la question. Il pensait que la réponse pourrait dépendre d'un aspect peu étudié de ces exoplanètes. On pense que la plupart des planètes légèrement plus petites que la taille de la chute ont des océans de magma à leur surface - de grandes mers de roche en fusion comme celles qui couvraient autrefois la Terre. Mais au lieu de se solidifier comme le nôtre, ceux-ci sont maintenus chauds par une épaisse couverture d'atmosphère riche en hydrogène.
"Jusque là, presque tous les modèles que nous avons ignorent ce magma, le traiter comme chimiquement inerte, mais la roche liquide est presque aussi liquide que l'eau et très réactive, " dit Kite, professeur adjoint au Département des sciences géophysiques.
La question que Kite et ses collègues ont examinée était de savoir si, au fur et à mesure que les planètes ont acquis plus d'hydrogène, l'océan pourrait commencer à « manger » le ciel. Dans ce scénario, à mesure que la planète acquiert plus de gaz, il s'entasse dans l'atmosphère, et la pression au fond où l'atmosphère rencontre le magma commence à s'accumuler. En premier, le magma absorbe le gaz ajouté à un rythme régulier, mais à mesure que la pression monte, l'hydrogène commence à se dissoudre beaucoup plus facilement dans le magma.
"Non seulement que, mais le peu de gaz ajouté qui reste dans l'atmosphère augmente la pression atmosphérique, et ainsi une fraction encore plus importante de gaz arrivant plus tard se dissoudra dans le magma, " dit Kite.
Ainsi, la croissance de la planète s'arrête avant qu'elle n'atteigne la taille de Neptune. (Parce que la majorité du volume de ces planètes est dans l'atmosphère, rétrécir l'atmosphère rétrécit les planètes.)
Les auteurs appellent cela la « crise de la fugacité, " après le terme qui mesure à quel point un gaz se dissout plus facilement dans un mélange que ce à quoi on pourrait s'attendre en fonction de la pression.
La théorie correspond bien aux observations existantes, dit cerf-volant. Il existe également plusieurs marqueurs que les astronomes pourraient rechercher à l'avenir. Par exemple, si la théorie est correcte, les planètes dont les océans de magma sont suffisamment froids pour s'être cristallisés en surface devraient présenter des profils différents, car cela empêcherait l'océan d'absorber autant d'hydrogène. Les enquêtes en cours et futures du TESS et d'autres télescopes devraient fournir aux astronomes plus de données avec lesquelles travailler.
"Rien de tel que ces mondes n'existe dans notre système solaire, " a déclaré Kite. " Bien que notre travail suggère une solution à l'une des énigmes posées par les exoplanètes sous-Neptune, ils ont encore beaucoup à nous apprendre!"
