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Univers. La mystérieuse origine des super-Terres

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Une étude révélant que les super-Terres ne sont pas d’anciennes mini-Neptunes remet en question nos connaissances sur la formation des planètes

 

Représentation d’une des exoplanètes en orbite autour d’une étoile semblable au Soleil. Ici, HD85512 b, super-Terre rocheuse dans la constellation méridionale des Voiles (Vela). C’est l'une des 16 super-Terres mises à jour à l’aide de l'instrument HARPS du télescope de 3,6 mètres de l'Observatoire de La Silla au Chili. (Image: ESO / M. Kornmesser)
 

Les mini-Neptunes et les super-Terres dont la taille peut atteindre jusqu’à quatre fois la taille de la nôtre, sont la majorité des exoplanètes orbitant autour d’étoiles situées à l’extérieur de notre système solaire. Jusqu’à présent, les super-Terres étaient considérées comme les noyaux rocheux de mini-Neptune dont l’atmosphère gazeuse a disparu.

Dans une nouvelle étude publiée dans The Astrophysical Journal, des astronomes de l’Université McGill montrent que certaines de ces exoplanètes n’ont jamais eu d’atmosphère gazeuse au départ, apportant un nouvel éclairage sur leurs mystérieuses origines.

D’après les observations, on sait qu’environ 30 à 50% des étoiles hôtes possédaient soit des super-Terres, soit des mini-Neptunes, en proportions à peu près égales. Mais comment ces astres se sont-ils formés ?

 

HD85512, super-Terre rocheuse découverte grâce à l’instrument HARPS, qui en a repéré plus de 50, est environ 3,6 fois plus massive que la Terre et se trouve au bord de la zone habitable autour de l’étoile, où la présence d’eau sous forme liquide, voire de vie, est théoriquement possible. (Image : ESO / M. Kornmesser)
Représentation de la HD85512, super-Terre rocheuse découverte
grâce à l’instrument HARPS. Elle est environ 3,6 fois plus massive
que la Terre et se trouve en bordure de la zone habitable de son étoile,
où la présence d’eau sous forme liquide, voire de vie, est théoriquement
possible. (Image: ESO / M. Kornmesser)
 

Selon une théorie, la plupart des exoplanètes naissent sous forme de mini-Neptunes, mais certaines sont dépouillées de leur enveloppe gazeuse par les radiations des étoiles hôtes, ne laissant derrière elles qu’un noyau rocheux dense. Cette théorie prédit que notre Galaxie compte très peu d’exoplanètes de la taille de la Terre et plus petites, appelées Terre et mini-Terre. Cependant, des observations récentes montrent que ce n’est peut-être pas le cas.

Pour en savoir plus, les astronomes ont procédé à une simulation pour suivre l’évolution de ces mystérieuses exoplanètes. Leur modèle a utilisé des calculs thermodynamiques basés sur la masse de leurs noyaux rocheux, la distance qui les sépare de leurs étoiles hôtes et la température du gaz environnant.

« Contrairement aux théories précédentes, notre étude montre que certaines exoplanètes ne peuvent jamais créer d’atmosphère gazeuse au départ », dit la co-auteure Eve Lee, professeur adjoint au département de physique de l’Université McGill et à l’Institut spatial de McGill.

Ces résultats suggèrent que toutes les super-Terres ne sont pas des vestiges de mini-Neptunes. Les exoplanètes ont plutôt été formées par une seule distribution de roches, née dans un disque de gaz et de poussière en rotation autour des étoiles hôtes.

« Certaines de ces roches ont développé des coquilles de gaz, tandis que d’autres ont émergé et sont restées des super-Terres rocheuses », indique-t-elle.

Comment naissent les mini-Neptunes et les super-Terres ?

On pense que les planètes se forment dans un disque de gaz et de poussières en rotation autour des étoiles. Les roches plus grosses que la Lune ont suffisamment d’attraction gravitationnelle pour attirer le gaz environnant et former une coquille autour de son noyau. Avec le temps, cette coquille de gaz se refroidit et se rétrécit, créant de l’espace pour attirer davantage de gaz environnant et provoquant la croissance de l’exoplanète. Une fois que la coquille entière a refroidi à la même température que le gaz nébulaire environnant, la coquille ne peut plus rétrécir et la croissance s’arrête.

Pour les petits noyaux, cette coquille est minuscule, donc ils restent des exoplanètes rocheuses. La distinction entre les super-Terres et les mini-Neptunes vient de la capacité de ces roches à croître et à retenir les coquilles de gaz. « Nos résultats aident à expliquer l’origine des deux populations d’exoplanètes et, peut-être, leur prévalence », affirme Eve Lee. « En utilisant la théorie proposée dans l’étude, nous pourrions éventuellement déchiffrer à quel point les exoplanètes rocheuses comme les Terres et les mini-Terres peuvent être communes ».

Fourni par : Université McGill (Remarque : Le contenu et la longueur des documents peuvent être modifiés.)

Traduit par Yin Han

Version en anglais : Astronomers Uncover Mysterious Origins of ’Super-Earths’