Image d'artiste d'une exoplanète à l'atmosphère bombée.
(Image: © NASA)
Il s'avère que les exoplanètes peuvent être aussi douces qu'un voyage à la foire d'État: deux mondes découverts par le télescope spatial Kepler de la NASA ont à peu près la même densité qu'un paquet de barbe à papa. Les deux planètes, qui orbitent autour d'une jeune étoile vieille d'environ 500 millions d'années, sont des mondes nouveau-nés presque aussi larges que des géantes gazeuses, bien qu'elles pèsent moins de 10 fois la masse de la Terre.
En utilisant le télescope spatial Hubble de la NASA, les chercheurs ont fait des observations de suivi des deux mondes "délicieux", connus sous le nom de Kepler-51b et Kepler-51d. Ils ont constaté que les atmosphères gonflées des mondes contenaient très probablement une brume s'étendant au-dessus de leur surface. Les atmosphères élargies des mondes les placent dans une classe d'exoplanètes rares, les super-bouffées.
"Ce sont les exoplanètes à plus faible densité à ce jour", a déclaré Jessica Roberts le mois dernier. Elle a présenté les résultats préliminaires lors de la 232e réunion semestrielle de l'American Astronomical Society à Denver. Un étudiant diplômé de l'Université du Colorado, Boulder, Roberts a aidé à établir une comparaison semblable à la Terre pour les planètes. Elle a trouvé un analogue inhabituel pour les super-bouffées - un régal sucré. [Les découvertes de la planète extraterrestre les plus intrigantes de 2017]
"Je veux que vous imaginiez des planètes géantes en barbe à papa", a-t-elle dit.
"Titans vraiment moelleux"
En 2011, Kepler a repéré un monde de faible densité en orbite autour de la jeune étoile Kepler 51; des études ultérieures ont confirmé que la planète avait deux frères et sœurs. Les trois planètes ont une atmosphère bombée et les premières observations suggèrent leur faible densité.
Les super-bouffées ont attiré l'attention du conseiller doctoral de Roberts à Boulder, Zachory Berta-Thompson, qui soupçonnait que les atmosphères gonflées seraient plus faciles à étudier que les atmosphères plus stables autour d'autres mondes. Avec plusieurs collègues, les scientifiques ont utilisé Hubble pour sonder la chimie des atmosphères de 51b et 51d alors que la paire passait deux fois entre leur étoile et la Terre. Le tiers monde, 51c, a seulement coupé le bord du soleil du système, gardant son atmosphère cachée, et ne faisait donc pas partie de la nouvelle étude.
Les chercheurs ont découvert que les deux planètes produisaient un signal suggérant que de minuscules particules appelées aérosols dominaient l'atmosphère. Ces aérosols pourraient être créés par d'énormes bancs de nuages, ou ils pourraient être le signe d'une brume entourant la planète.
"Notre meilleure supposition est que nous n'avons pas affaire à un certain type de condensation de nuages", a déclaré Roberts. "Ce à quoi nous devons probablement faire face est un certain type de brume photochimique dont nous ne savons tout simplement pas de quoi il est fait."
Dans le système solaire, la plus grande lune de Saturne, Titan, est la seule à être dominée par une couche de brume composée d'hydrocarbures, probablement du méthane et de l'éthane. La lune massive peut donner un aperçu des super-bouffées, qui pourraient supporter une version étendue de la brume.
"Nous pourrions regarder des Titans vraiment moelleux", a déclaré Roberts. [Twilight Haze brille sur le titan de la grande lune de Saturne dans une superbe photo de Cassini]
Planètes en barbe à papa
Le calcul de la densité d'une planète nécessite un retour à la physique au lycée. La densité d'un objet est sa masse divisée par son volume; le volume est déterminé par son rayon. Les mesures précises de Hubble ont aidé les chercheurs à mieux contraindre la masse des exoplanètes. Pour trouver leur rayon - et donc leur volume - les scientifiques comparent la taille de la planète à son étoile. En revisitant ce que l'on savait de l'étoile, Roberts et ses collègues ont pu déterminer un rayon plus précis.
Kepler-51b a une masse environ deux fois celle de la Terre et un rayon environ sept fois plus grand, et il orbite autour de son étoile tous les 45 jours. Avec son orbite de 130 jours, Kepler-51d est un peu plus grand, environ 7,5 fois plus massif que la Terre avec un rayon près de dix fois celui de notre planète. Le troisième frère, Kepler-51c, met 85 jours pour voyager autour de l'étoile et a environ quatre fois le rayon de la Terre.
En combinant la masse mise à jour avec le rayon révisé, les chercheurs ont pu calculer que les densités des planètes variaient de 0,03 gramme à 0,06 gramme par centimètre cube. C'est un dixième aussi dense que Saturne, la planète la moins dense du système solaire, et celle qui flotterait dans l'eau si vous pouviez trouver une baignoire assez grande.
Déterminer ce que cela signifierait en termes réels nécessiterait un peu plus de travail, mais Roberts était déterminé.
Sa première pensée fut celle des guimauves. Elle fondit un lot au micro-ondes mais trouva que les friandises blanches étaient encore trop denses.
"Ce n'était qu'un horrible gâchis", a-t-elle déclaré à Space.com.
Pour ses déductions de barbe à papa, elle s'est dirigée vers une épicerie et a acheté des contenants de barbe à papa. Le matériau fraîchement filé n'était pas assez dense, mais elle espérait que les cuves préemballées pourraient fonctionner. Elle a mesuré le volume du récipient et a pesé le matériau pour calculer sa densité, ce qui correspondait étroitement aux super-bouffées.
"J'ai acheté tellement de ces bacs, le [caissier] était comme, vous devez être un fan de barbe à papa", a déclaré Roberts.
"J'étais comme, c'est pour la science."
Jeunes planètes
Pourquoi ces mondes sont-ils si denses? Roberts pense que leur jeunesse peut jouer un rôle clé. Les planètes se forment lorsque la poussière et les roches entrent en collision pour construire un monde. Lorsque le noyau rocheux est suffisamment massif, sa gravité aspire un gaz plus léger pour créer une atmosphère.
Selon les modèles, les trois super-bouffées se sont formées à l'extérieur de la ligne de neige de leur système, la frontière invisible autour des étoiles centrales où le gaz est suffisamment froid pour se condenser en glace. Les planètes ont ensuite migré vers l'intérieur, atteignant leurs orbites actuelles. En se rapprochant de l'étoile chaude, leur glace a fondu et a créé une atmosphère gazeuse qui commence à se gonfler.
Alors que les planètes commencent au chaud à la suite des collisions qui les ont formées, elles se refroidissent avec le temps, provoquant une contraction de la matière. Dans le même temps, les vents stellaires dépouillent une partie de leur atmosphère. Selon Roberts, les modèles suggèrent qu'au cours des 5 milliards d'années à venir, lorsqu'elle sera un peu plus ancienne que la Terre aujourd'hui, la 51b ressemblera davantage à une planète typique de Neptune. Parce qu'il est plus éloigné de la star, elle a dit que "le 51d sera probablement un peu bizarre, car il n'y aura pas autant de son atmosphère dépouillée".
"Dans quelques milliards d'années, nous verrons ces planètes plus petites qu'elles ne le sont maintenant", a déclaré Roberts.
Si vous pouviez vous tenir sur l'une des super-bouffées (en supposant qu'elle ait une surface rocheuse), la pression de l'atmosphère serait probablement extrêmement élevée, a déclaré Roberts. Vous feriez mieux de flotter plus haut dans l'atmosphère où la pression serait plus faible, a-t-elle ajouté.
Au début de sa vie, la Terre possédait probablement sa propre atmosphère gonflée, a-t-elle dit, bien qu'elle l'ait probablement perdue très rapidement.
Les scientifiques prévoient de soumettre leurs recherches pour publication plus tard cet été.
Maintenant, nous avons juste besoin des mondes sucrés pour arborer des couleurs de barbe à papa, comme le bleu, le rose, le violet ou le vert!
