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La vraie nature de Gliese 3470 b dévoilée

Illustration de l'exoplanète GJ 3470 b devant son étoile.

Pour sonder GJ 3470 b, les astronomes ont mesuré les changements de lumière stellaire lorsque la planète passait devant et derrière son étoile.

Photo : NASA/ESA/

Radio-Canada

Les données recueillies à l’aide de télescopes spatiaux de la NASA ont permis à une équipe internationale dirigée par un astronome québécois de dresser le portrait le plus détaillé à ce jour de l’un des types de planètes les plus répandus de l’Univers.

La planète en question se nomme Gliese 3470 b (GJ 3470 b). L’équipe dirigée par Björn Benneke, professeur d’astronomie à l’Université de Montréal, a ainsi réussi à reconstituer « l’empreinte » de sa composition chimique, une première pour cette catégorie de planètes qui, malgré le fait qu’elle soit très présente ailleurs dans le cosmos, est absente de notre système solaire.

Il a fallu pas moins de cinq ans de compilation et d’analyse des informations récoltées par les télescopes Hubble et Spitzer de la NASA pour saisir les caractéristiques chimiques de cette planète, qui pourrait se décrire comme un croisement entre la Terre et Neptune.

Comparaison de la taille de la Terre et de Gliese 3470 b.

Comparaison de la taille de la Terre et de Gliese 3470 b.

Photo : Wikipédia

Gliese 3470 b

  • Elle possède un vaste noyau rocheux recouvert d’une atmosphère composée d’hydrogène et d’hélium.
  • Son atmosphère est si lourde qu’elle écrase tout ce qui se trouve sous sa surface.
  • Sa masse fait 12,6 fois celle de la Terre, mais est inférieure à celle de Neptune, dont la masse fait environ 17 fois celle de la Terre.

Dans notre galaxie

Plusieurs exoplanètes comparables à Gliese 3470 b ont été découvertes par l’observatoire spatial Kepler de la NASA durant sa mission qui s’est terminée en 2018.

En fait, pas moins de 80 % des exoplanètes qui composent notre galaxie sont d’une masse et d’une taille plus ou moins similaires.

Mais celles-ci demeuraient un mystère pour les astronomes qui n’avaient pas réussi, à ce jour, à comprendre leur nature chimique. C’était avant les travaux du Pr Benneke et de ses 16 collègues américains et néerlandais.

Les composants de l'atmosphère de GJ 3470 b. Agrandir l’image (Nouvelle fenêtre)

Les composants de l'atmosphère de GJ 3470 b.

Photo : NASA/Université de Montréal

Une planète sous la loupe

Les astronomes ont réalisé l’inventaire des composants de l’atmosphère de GJ 3470 b, ce qui leur a permis de récolter des indices sur sa nature et son origine.

Il s’agit d’une découverte très importante sur la formation des planètes.

Björn Benneke

« GJ 3470 b a une orbite très proche de son étoile et elle est 30 fois moins grosse que Jupiter, mais elle a réussi à agglomérer le même genre d’atmosphère composée d’hydrogène et d’hélium, et ce, quasiment sans pollution par des éléments plus lourds », explique Björn Benneke.

Pour réussir à décrire la planète, les scientifiques ont mesuré les changements de lumière stellaire lorsque la planète passait devant son étoile (transit) et derrière son étoile (éclipse).

Les deux télescopes spatiaux ont ainsi observé 12 transits et 20 éclipses.

Nous avons pour la première fois une signature spectroscopique d’une planète de ce genre.

Björn Benneke

Repères

  • C’est le 6 octobre 1995 que les scientifiques suisses Michel Mayor et Didier Queloz, de l'Observatoire de Genève, ont annoncé la découverte de 51 Pegasi b, la première exoplanète détectée en orbite autour d'une étoile de type solaire.
  • Depuis ce moment, les astrophysiciens ont identifié pas moins de 4009 exoplanètes (source : NASA, 3 juillet), et 3742 autres sont en cours de confirmation.

Un type à définir

Pour le moment, les astronomes n’ont pas encore statué sur la dénomination du type de planètes dont fait partie GJ 3470 b. Il pourrait s’agir d’une « super-Terre », d’une « sub-Neptune », ou d’un autre type.

L’équipe du Pr Benneke est quand même en mesure de caractériser avec précision son atmosphère qui est principalement dégagée, et uniquement couverte de brumes légères et transparentes sous une lumière infrarouge.

Cette caractéristique a permis aux chercheurs de l’examiner en profondeur.

Nous nous attendions à trouver une atmosphère fortement enrichie en éléments plus lourds comme l’oxygène et le carbone, qui créent beaucoup de vapeur et de méthane.

Björn Benneke

« Nous avons plutôt découvert une atmosphère si pauvre en éléments lourds que sa composition ressemble à celle du Soleil, riche en hydrogène et en hélium », explique le Pr Benneke.

Cette spécificité laisse à penser, selon l’astronome, que GJ 3470 b se serait formée à l’endroit même où elle se trouve, contrairement à d’autres exoplanètes qu’on soupçonne d’avoir migré vers leur étoile de beaucoup plus loin dans la galaxie.

Selon l’hypothèse du Pr Benneke, elle aurait d’abord pris la forme d’une masse rocheuse et sèche d’une fois et demie à deux fois le diamètre de la Terre, puis elle aurait rapidement accrété de l’hydrogène en provenance du disque primordial de gaz entourant son étoile, une naine rouge.

Si la planète s’était formée plus loin de son étoile, où l’eau et les glaces astronomiques peuvent se condenser, nous aurions pu nous attendre à trouver plus d’eau et de méthane dans l’atmosphère.

Björn Benneke

Dans l’avenir, grâce à sa sensibilité sans précédent au spectre infrarouge, le télescope spatial James Webb de la NASA sera capable de sonder encore plus profondément l’atmosphère de GJ 3470 b.

Le détail de cette étude est publié dans la revue Nature Astronomy (Nouvelle fenêtre) (en anglais).

Astronomie

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