Les astronomes sondent l'atmosphère d'une mini-Neptune

Concept d'artiste de l'exoplanète mini-Neptune GJ 3470 b passant ou passant devant son étoile naine rouge. Dans la nouvelle étude, les astronomes ont utilisé des transits et des éclipses de l'exoplanète pour obtenir des données spectroscopiques sur l'atmosphère de l'exoplanète. Image via NASA / ESA / D. JOUEUR / UdeMNouvelles.

La taille des planètes entre la Terre et Neptune n'existe pas dans notre système solaire, mais elles semblent être communes ailleurs. Ils sont un croisement entre les planètes terrestres rocheuses de notre système solaire et ses géantes de glace. Pour la première fois, les astronomes ont pu analyser l'atmosphère de l'un de ces mondes lointains «de taille moyenne», connus sous le nom de mini-Neptunes.

Les résultats de l'évaluation par les pairs ont été annoncés le 2 juillet 2019, via Hubblesite, et publiés dans la revue Nature Astronomy du 1er juillet 2019.

La planète s'appelle Gliese 3470 b, une mini-Neptune en orbite autour d’une étoile naine rouge. Il pèse environ 12, 6 masses terrestres calculées, ce qui le rend beaucoup plus massif que la Terre mais moins massif que Neptune dans notre système solaire (17 masses terrestres). Si on le place dans notre système solaire, Gliese 3470 b s'intégrera bien entre Terre et Neptune en termes de taille. On pense que la planète a un grand noyau rocheux enfoui sous une atmosphère profonde et dévastatrice d'hydrogène et d'hélium.

Illustration artistique illustrant à la fois l'atmosphère et l'intérieur de GJ 3470 b (haut), ainsi que l'apparence du système lorsque le disque de débris circumstellaire existait toujours autour de l'étoile (bas). Image via NASA / ESA / L. Hustak (STScI) / Hubblesite.

Grâce aux télescopes spatiaux Hubble et Spitzer de la NASA, les scientifiques ont pu étudier l'atmosphère de Gliese 3470 b, la première fois que cela a été fait pour une planète de ce type. Selon Björn Benneke de l'Université de Montréal au Canada:

C'est une grande découverte du point de vue de la formation de la planète. La planète orbite très près de l'étoile et est beaucoup moins massive que Jupiter - 318 fois la masse de la Terre - mais a réussi à créer une atmosphère primordiale d'hydrogène / hélium largement "non polluée" par des éléments plus lourds. Nous n'avons rien de tel dans le système solaire, et c'est ce qui le rend frappant.

Les chercheurs ont pu analyser la composition de l'atmosphère en mesurant l'absorption de la lumière des étoiles lorsque la planète passait devant l'étoile puis passait derrière l'étoile. Lorsque la planète se déplace devant l'étoile, il s'agit d'un transit, tout comme on peut voir que les planètes intérieures de notre soleil, Mercure ou Vénus, transitent par le soleil vu de la Terre. Quand il se déplace en arrière, c'est une éclipse. Ces astronomes ont observé 12 transits et 20 éclipses au total, ce qui leur a donné suffisamment de données pour analyser l'atmosphère à l'aide de la spectroscopie (en utilisant la lumière pour déterminer les empreintes chimiques des gaz dans l'atmosphère). Comme l'a dit Benneke:

Pour la première fois, nous avons une signature spectroscopique d'un tel monde.

L'astronome Bjorn Benneke, via UdeMNouvelles.

Il s'est également avéré que l'atmosphère était généralement claire, avec seulement quelques brouillards, ce qui rendait l'étude de sa composition beaucoup plus facile. C'était un peu surprenant, selon Benneke:

Nous nous attendions à une atmosphère fortement enrichie en éléments plus lourds comme l’oxygène et le carbone, qui forment une vapeur d’eau et un méthane abondants, semblables à ce que nous voyons sur Neptune. Au lieu de cela, nous avons trouvé une atmosphère tellement pauvre en éléments lourds que sa composition ressemble à celle du soleil, riche en hydrogène et en hélium. Si la planète s'était formée plus loin de l'étoile, où l'eau et d'autres glaces astronomiques peuvent se condenser, nous nous serions attendus à voir plus d'eau et de méthane dans l'atmosphère.

Concept d'artiste montrant la comparaison des tailles de GJ 3470 b et de la Terre. Image via Radialvelocity / Wikipedia / CC BY-SA 4.0.

Bien qu'il y ait maintenant plus de données sur la planète, la question de savoir comment la classer devrait être classée reste à déterminer, selon Bennek. Devrait-il être appelé un mini-Neptune, ou plutôt une super-Terre (plus grande que la Terre mais plus petite qu'une mini-Neptune typique)?

Ou cette planète pourrait-elle ressembler à Jupiters, des planètes géantes semblables à Jupiter mais en orbite proche de leurs étoiles? À la différence des Jupiters chauds habituels, dont on pense qu'ils se forment loin de leurs étoiles et migrent ensuite vers l'intérieur, Bennett pense que Gliese 3470 b s'est formé exactement à l'endroit où il tourne. Il théorise qu'il a d'abord été formé comme une planète rocheuse sèche qui a rapidement ajouté de l'hydrogène à partir du disque circumstellaire de gaz et de poussière autour de l'étoile, et que le disque s'est dissipé avant que la planète ne devienne plus grande:

Nous voyons un objet capable d’accréter de l’hydrogène à partir du disque protoplanétaire, mais ne s’est pas enfui pour devenir un Jupiter brûlant. C'est un régime intriguant. La planète s'est retrouvée coincée en tant que sous-Neptune.

Gliese 3470 b n'est bien sûr qu'un exemple de planète de taille moyenne, mais connaître la composition de son atmosphère aide les astronomes à comprendre comment ces mondes uniques se sont formés et ont évolué, au moins de manière générale. Ceci est important, car ils semblent être l’un des types de planètes les plus répandus.

Concept d'artiste du futur télescope spatial James Webb. Il sera en mesure d’étudier l’atmosphère de Gliese 3470 b et d’autres exoplanètes plus en détail que jamais. Image via Northrop Grumman / Gizmodo.

Il sera également intéressant de voir en quoi les mini-Neptunes diffèrent des super-Terre, qui sont aussi plus grandes que les planètes de la taille de la Terre (0, 8 à 1, 25 rayons de la Terre), mais un peu plus petites que les mini-Neptunes (2 à 4 rayons de la Terre). ). Selon des recherches récentes, la plupart des super-terres seraient rocheuses et certaines d'entre elles pourraient avoir des océans mondiaux à leur surface. Avec les super-Terres, les mini-Neptunes sont maintenant considérés comme le type de planètes le plus répandu dans notre galaxie.

Dans un avenir relativement proche, le prochain télescope spatial James Webb examinera également le Gliese 3470b et étudiera son atmosphère de manière encore plus détaillée en l'observant dans la longueur d'onde infrarouge. Les astronomes observeront les transits et les éclipses de GJ 3470 b à des longueurs d’onde légères où les brouillards atmosphériques deviennent de plus en plus transparents.

Conclusion: pour la première fois, les astronomes ont analysé l’atmosphère d’une exoplanète de taille moyenne sensiblement plus grande que la Terre, mais plus petite que Neptune.

Source: Une exoplanète sous-Neptune avec une atmosphère pauvre en métallicité et des nuages ​​diffusant Mie

Via Hubblesite

Via UdeMNouvelles