Gonfler une planète super-feuilletée

Les super-bouffées - les planètes duveteuses à densité anormalement basse - posent problème. Selon les modèles théoriques, ils ne devraient pas exister - et pourtant nous en avons déjà détecté une demi-douzaine avec Kepler seul. Une nouvelle étude explore quelle théorie pourrait se tromper.

Image d'artiste représentant une exoplanète à très grandes bouffées: une planète de grand rayon mais de petite masse.
NASA / ESA / G. Bacon / STSCI

Un puzzle moelleux

Parmi l'assortiment d'exoplanètes étranges et inattendues que nous avons découvertes au fil des années d'observation de transits, les super-bouffées constituent un casse-tête particulier. Les super-houppettes sont des planètes de masses inférieures à celle de Neptune (5 rayons de la Terre).

La photoévaporation par l'hôte d'une planète peut faire bouillir l'atmosphère de la planète. Ce processus est d'autant plus rapide si la planète ne dispose pas d'une forte gravité de surface pour conserver son atmosphère.
MPIA

Cela ne semble pas être problématique en soi, jusqu'à ce que nous considérions notre compréhension de l'évolution de la planète. Compte tenu de la faible densité d'une bouffée, son atmosphère devrait être au mieux ténue; sans forte gravité de surface pour la contenir, l'atmosphère devrait être détruite par l'étoile hôte de la planète dans peut-être 1 000 ans. Les super-bouffées que nous voyons sont beaucoup plus anciennes que cela, mais elles conservent néanmoins leur atmosphère prolongée.

Les spectres de transmission des super-bouffées ne montrent aucune ligne spectrale évidente. Les lignes peuvent être effacées par la présence d’aérosols (nuages ​​et nuages ​​composés de poussière ou de gouttelettes liquides), mais on ne s’attend pas à ce que ces particules plus lourdes puissent rester assez hautes dans l’atmosphère d’une planète duveteuse pour en aplatir les lignes.

Dans une nouvelle étude, les scientifiques Lile Wang (Institut Flatiron et Observatoire de l'Université de Princeton) et Fei Dai (MIT et Observatoire de l'Université de Princeton) suggèrent un modèle théorique remanié qui résout ces deux problèmes.

Forces spectrales de l'élément d'eau par rapport à la masse de la planète. Les planètes dont les masses sont inférieures à ~ 10 masses terrestres n'ont pas une gravité suffisante pour éviter que leurs caractéristiques spectrales ne soient altérées par des écoulements poussiéreux dans l'atmosphère de la planète.
Wang & Dai 2019

Solutions en flux

Le modèle de Wang et Dai a un changement significatif par rapport aux images précédentes: leur atmosphère proposée n’est pas statique. Au lieu de cela, ils suggèrent que les super-bouffées ont une atmosphère qui contient des flux sortants, transportant continuellement de très petits grains de poussière à haute altitude.

En peuplant les couches supérieures de l'atmosphère de poussière, ces flux augmentent l'opacité globale de l'atmosphère, ce qui l'empêche de disparaître rapidement. Et la poussière transportée dans la haute atmosphère fait disparaître les raies spectrales, expliquant ainsi le spectre plat observé.

Les auteurs modélisent une grande soufflerie importante, Kepler 51b, et montrent que des débits de sortie raisonnables (une perte de seulement 10 -10 masses d’atmosphère de la Terre par an) peuvent transporter des grains de poussière d’une taille d’environ 10 jusqu’à haute altitude. Ils montrent que ce processus gonfle le rayon de transit observé de la planète aux ~ 7 rayons terrestres que nous voyons, et qu’il aplatit également le spectre de transmission de la planète.

Repérer les signes de poussière

Le télescope spatial Spitzer pourrait être utilisé pour étendre la couverture spectrale en longueur d'onde des planètes d'intérêt. Les planètes avec des atmosphères poussiéreuses sembleraient plus grandes en optique qu'en infrarouge.
NASA / JPL-Caltech

Comment pouvons-nous vérifier qu'une planète a des écoulements poussiéreux dans son atmosphère? Wang et Dai soulignent que le rayon apparent d'une telle planète dépendra de la longueur d'onde: leur planète modèle, par exemple, paraîtrait 1020% plus grande à des longueurs d'onde de 0, 5 µm à des longueurs d'onde de 1 µm. .

Ce phénomène a déjà été observé pour plusieurs exoplanètes et les auteurs suggèrent que nous pourrions étendre la couverture en longueur d'onde des spectres de transmission pour identifier les signatures d'atmosphères poussiéreuses sur d'autres planètes. Si les atmosphères poussiéreuses se révèlent communes chez les jeunes exoplanètes de faible masse, nous devrons clairement reformuler notre conception de ces corps.

Citation:

«Déboulements poussiéreux dans les atmosphères planétaires: comprendre les« super-souffles »et les spectres de transmission des sous-neptunes, Lile Wang et Fei Dai 2019 ApJL 873 L1. doi: 10.3847 / 2041-8213 / ab0653


Ce poste a été publié à l'origine sur AAS Nova, qui présente les points saillants des recherches effectuées dans les journaux de l'American Astronomical Society.