Vue d'artiste d'un système de cinq exoplanètes. Crédit :NASA/JPL-Caltech
Tout en observant le système stellaire HD 23472 avec le spectrographe ESPRESSO (ESO), une équipe dirigée par la chercheuse de l'Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA3) Susana Barros (IA &Dep. de Física e Astronomia—Faculdade de Ciências da Universidade do Porto) , a trouvé trois super-Terres et deux super-Mercures. Ce dernier type d'exoplanète est encore très rare - en comptant ces deux, il n'y a que huit super-Mercures connues.
L'objectif de l'étude, publiée aujourd'hui dans la revue Astronomy &Astrophysics , était de caractériser la composition des petites planètes et de comprendre comment elle évolue avec la position, la température et les propriétés stellaires de la planète. Susana Barros explique que l'équipe visait à "étudier la transition entre avoir ou ne pas avoir d'atmosphère, qui pourrait être liée à l'évaporation de l'atmosphère due à l'irradiation de l'étoile". L'équipe a découvert que ce système est composé de trois super-Terres avec une atmosphère significative et étonnamment deux super-Mercures, qui sont les planètes les plus proches de l'étoile."
Sur les cinq planètes du système HD 23472, trois ont des masses inférieures à la Terre. Ce sont parmi les exoplanètes les plus légères dont les masses ont été mesurées par la méthode de la vitesse radiale, ce qui n'a été possible que grâce à la très haute précision d'ESPRESSO, installé dans le Very Large Telescope (VLT) de l'ESO, au Chili. Et la présence non pas d'un, mais de deux super-Mercures, a donné envie à l'équipe d'aller plus loin.
Densité des planètes rocheuses connues en fonction de la fraction massique fer à silicate estimée du disque protoplanétaire. La ligne continue noire montre la corrélation pour les exoplanètes connues (points bleus) à l'exclusion des super-Mercures potentiels (points bruns). Les symboles noirs représentent les planètes de notre système solaire - de haut en bas, Mercure, Mars, la Terre et Vénus. Crédit :Barros et al. 2022
La planète Mercure, dans le système solaire, a un noyau relativement plus grand et un manteau relativement plus petit que les autres planètes, mais les astronomes ne savent pas pourquoi. Certaines explications possibles impliquent un impact géant qui a enlevé une partie du manteau de la planète, ou une partie du manteau de Mercure aurait pu s'évaporer en raison de sa température élevée. Étonnamment, d'autres exoplanètes aux caractéristiques similaires, appelées super-Mercures, ont récemment été découvertes autour d'autres étoiles.
Barros dit :"Pour la première fois, nous avons découvert un système avec deux super-Mercures. Cela nous permet d'obtenir des indices sur la façon dont ces planètes se sont formées, ce qui pourrait nous aider à exclure certaines possibilités. Par exemple, si un impact suffisamment important pour créer un super-Mercure est déjà très improbable, deux impacts géants dans le même système semblent très improbables. On ne sait toujours pas comment ces planètes se sont formées, mais cela semble lié à la composition de l'étoile mère. Ce nouveau système peut nous aider à le découvrir."
Diagramme du rayon en fonction de la masse, avec les exoplanètes HD 23472 (points noirs) comparées à d'autres exoplanètes connues. La Terre (étoile bleue) et Vénus (étoile jaune) sont présentées à titre de comparaison. Les lignes pointillées représentent des modèles masse-rayon pour différentes compositions planétaires. La zone grise ci-dessous montre le décapage maximal par collision de la région du manteau. Crédit :Barros et al. 2022
Olivier Demangeon (IA &DFA-FCUP), membre de l'équipe, déclare :"Comprendre comment ces deux super-Mercures se sont formés nécessitera une caractérisation plus poussée de la composition de ces planètes. Comme ces planètes ont des rayons plus petits que la Terre, l'instrumentation actuelle n'a pas le sensibilité pour sonder la composition de leur surface, ou l'existence et la composition d'une atmosphère potentielle.Le futur Extremely Large Telescope (ELT) et son spectrographe haute résolution ANDES7 de première génération fourniront pour la première fois sensibilité et précision pour tenter de telles observations."
Mais le but ultime est de trouver d'autres Terres. "L'existence de l'atmosphère nous donne un aperçu de la formation et de l'évolution du système et a également des implications sur l'habitabilité des planètes. J'aimerais étendre ce type d'étude à des planètes à plus longue période qui ont des températures plus acceptables", déclare Barros.
Photo prise par la caméra grand angle MESSENGER (WAC) de la NASA de la planète Mercure. Crédit :NASA/Laboratoire de physique appliquée de l'Université Johns Hopkins/Institution Carnegie de Washington
La participation d'IA à ESPRESSO s'inscrit dans une stratégie plus large de promotion de la recherche sur les exoplanètes au Portugal, en construisant, développant et définissant plusieurs instruments et missions spatiales, comme la mission Cheops de l'ESA, déjà en orbite. Cette stratégie se poursuivra dans les années à venir, avec le lancement du télescope spatial PLATO de l'ESA, mission Ariel, et l'installation du spectrographe ANDES dans le plus grand télescope de la prochaine génération, l'ELT de l'ESO. Des astronomes découvrent deux "super-Terres" en orbite autour d'une étoile proche
