Un groupe international de collaborateurs, y compris des scientifiques du Jet Propulsion Laboratory de la NASA et de l'Université du Nouveau-Mexique, ont découvert un nouveau, exoplanète tempérée de taille sub-Neptune avec une période orbitale de 24 jours en orbite autour d'une étoile naine M proche. La récente découverte offre des opportunités de recherche passionnantes grâce à l'atmosphère substantielle de la planète, petite étoile, et à quelle vitesse le système s'éloigne de la Terre.

La recherche, intitulé TOI-1231 b :A Tempéré, Planète de la taille de Neptune transitant par le nain M3 voisin NLTT 24399, sera publié dans un prochain numéro de Le Journal Astronomique. L'exoplanète, TOI-1231b, a été détecté à l'aide de données photométriques du Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) et suivi d'observations à l'aide du Planet Finder Spectrograph (PFS) sur le télescope Magellan Clay de l'Observatoire de Las Campanas au Chili. Le PFS est un instrument sophistiqué qui détecte les exoplanètes grâce à leur influence gravitationnelle sur leurs étoiles hôtes. Alors que les planètes tournent autour de leurs hôtes, les vitesses stellaires mesurées varient périodiquement, révélant la présence planétaire et des informations sur leur masse et leur orbite.

La stratégie d'observation adoptée par le TESS de la NASA, qui divise chaque hémisphère en 13 secteurs qui sont sondés pendant environ 28 jours, produit la recherche dans tout le ciel la plus complète des planètes en transit. Cette approche a déjà prouvé sa capacité à détecter à la fois les grandes et les petites planètes autour d'étoiles allant des étoiles naines M de faible masse. M étoiles naines, également connue sous le nom de naine rouge, sont le type d'étoile le plus courant de la Voie lactée et représentent environ 70 pour cent de toutes les étoiles de la galaxie.

Les naines M sont plus petites et possèdent une fraction de la masse du soleil et ont une faible luminosité. Parce qu'un nain M est plus petit, lorsqu'une planète d'une taille donnée transite par l'étoile, la quantité de lumière bloquée par la planète est plus grande, rendant le transit plus facilement détectable. Imaginez une planète semblable à la Terre passant devant une étoile de la taille du soleil, ça va bloquer un tout petit peu de lumière; mais s'il passe devant une étoile beaucoup plus petite, la proportion de lumière bloquée sera plus importante. Dans un sens, cela crée une ombre plus grande à la surface de l'étoile, rendre les planètes autour des naines M plus facilement détectables et plus faciles à étudier.

Bien qu'il permette la détection d'exoplanètes dans le ciel, La stratégie d'enquête de TESS produit également des biais d'observation importants basés sur la période orbitale. Les exoplanètes doivent transiter par leurs étoiles hôtes au moins deux fois dans la plage d'observation de TESS pour être détectées avec la période correcte par le pipeline du Science Processing Operations Center (SPOC) et le pipeline Quick Look (QLP), qui recherchent les données TESS de cadence 2 minutes et 30 minutes, respectivement. Parce que 74% de la couverture totale du ciel de TESS n'est observée que pendant 28 jours, la majorité des exoplanètes TESS détectées ont des périodes inférieures à 14 jours. la période de 24 jours de TOI-1231b, donc, rend sa découverte encore plus précieuse.

Jennifer Burt, scientifique du JPL de la NASA, l'auteur principal de l'article, avec ses collaborateurs dont Diana Dragomir, professeur assistant au Département de physique et d'astronomie de l'UNM, mesuré à la fois le rayon et la masse de la planète.

"En travaillant avec un groupe d'excellents astronomes répartis dans le monde entier, nous avons pu rassembler les données nécessaires pour caractériser l'étoile hôte et mesurer à la fois le rayon et la masse de la planète, " a déclaré Burt. " Ces valeurs nous ont à leur tour permis de calculer la densité apparente de la planète et d'émettre des hypothèses sur la composition de la planète. TOI-1231 b est assez similaire en taille et en densité à Neptune, nous pensons donc qu'il a une taille similaire, atmosphère gazeuse."

"Un autre avantage des exoplanètes en orbite autour d'hôtes naines M est que nous pouvons mesurer leurs masses plus facilement car le rapport entre la masse de la planète et la masse stellaire est également plus grand. Lorsque l'étoile est plus petite et moins massive, elle améliore le fonctionnement des méthodes de détection car la planète joue du coup un rôle plus important car elle se détache plus facilement par rapport à l'étoile, " expliqua Dragomir. " Comme l'ombre projetée sur l'étoile. Plus l'étoile est petite, moins l'étoile est massive, plus l'effet de la planète peut être détecté.

"Même si TOI 1231b est huit fois plus proche de son étoile que la Terre ne l'est du Soleil, sa température est similaire à celle de la Terre, grâce à son étoile hôte plus froide et moins brillante, " dit Dragomir. " Cependant, la planète elle-même est en fait plus grande que la terre et un peu plus petite que Neptune - nous pourrions l'appeler un sous-Neptune. "

Burt et Dragomir, qui ont réellement initié cette recherche alors qu'ils étaient boursiers à l'Institut Kavli du MIT, travaillé avec des scientifiques spécialisés dans l'observation et la caractérisation de l'atmosphère des petites planètes pour déterminer quelles missions spatiales actuelles et futures pourraient être en mesure de scruter les couches externes de TOI-1231 b pour informer les chercheurs exactement quels types de gaz tourbillonnent autour de la planète. Avec une température d'environ 330 Kelvin ou 140 degrés Fahrenheit, TOI-1231b est l'un des plus cool, petites exoplanètes accessibles pour les études atmosphériques découvertes jusqu'à présent.

Des recherches antérieures suggèrent que des planètes aussi froides peuvent avoir des nuages ​​​​haut dans leur atmosphère, ce qui rend difficile de déterminer quels types de gaz les entourent. Mais de nouvelles observations d'un autre petit, la planète cool appelée K2-18 b a brisé cette tendance et a montré des preuves d'eau dans son atmosphère, surprenant de nombreux astronomes.

"TOI-1231 b est l'une des seules autres planètes que nous connaissons dans une taille et une plage de température similaires, les futures observations de cette nouvelle planète nous permettront donc de déterminer à quel point il est courant (ou rare) que des nuages ​​d'eau se forment autour de ces mondes tempérés, " dit Burt.

En outre, avec la luminosité élevée du proche infrarouge (NIR) de son étoile hôte, il constitue une cible passionnante pour les futures missions avec le télescope spatial Hubble (HST) et le télescope spatial James Webb (JWST). La première série de ces observations, dirigé par l'un des co-auteurs de l'article, devrait avoir lieu plus tard ce mois-ci à l'aide du télescope spatial Hubble.

"La faible densité de TOI 1231b indique qu'elle est entourée d'une atmosphère substantielle plutôt que d'être une planète rocheuse. Mais la composition et l'étendue de cette atmosphère sont inconnues!" dit Dragomir. "TOI1231b pourrait avoir une grande atmosphère d'hydrogène ou d'hydrogène-hélium, ou une atmosphère de vapeur d'eau plus dense. Chacun d'eux indiquerait une origine différente, permettant aux astronomes de comprendre si et comment les planètes se forment différemment autour des naines M par rapport aux planètes autour de notre Soleil, par exemple. Nos prochaines observations HST commenceront à répondre à ces questions, et JWST promet un examen encore plus approfondi de l'atmosphère de la planète."

Une autre façon d'étudier l'atmosphère de la planète est de déterminer si du gaz est soufflé, en recherchant des preuves d'atomes comme l'hydrogène et l'hélium entourant la planète lors de son passage devant son étoile hôte. Généralement, les atomes d'hydrogène sont presque impossibles à détecter car leur présence est masquée par le gaz interstellaire. Mais ce système planète-étoile offre une opportunité unique d'appliquer cette méthode en raison de la vitesse à laquelle il s'éloigne de la Terre.

"L'un des résultats les plus intrigants des deux dernières décennies de la science des exoplanètes est que, jusqu'ici, aucun des nouveaux systèmes planétaires que nous avons découverts ne ressemble à notre propre système solaire, " dit Burt. " Ils sont pleins de planètes entre la taille de la Terre et Neptune sur des orbites beaucoup plus courtes que celle de Mercure, nous n'avons donc pas d'exemples locaux avec lesquels les comparer. Cette nouvelle planète que nous avons découverte est toujours étrange, mais c'est un pas de plus pour ressembler un peu à nos planètes voisines. Par rapport à la plupart des planètes en transit détectées jusqu'à présent, qui ont souvent des températures caniculaires de plusieurs centaines ou milliers de degrés, TOI-1231 b est positivement glacial."

En terminant, Dragomir réfléchit que « cette planète rejoint les rangs de seulement deux ou trois autres petites exoplanètes voisines qui seront scrutées à chaque occasion et en utilisant un large éventail de télescopes, pour les années à venir, alors gardez un œil sur les nouveaux développements de TOI1231b !"

Cet article est sous presse à Le journal astronomique .