Découverte d’une géante gazeuse dont la densité est deux fois supérieure à celle de la Terre

Une exo­planète récem­ment observée a pro­fondé­ment intrigué les astronomes.

Les mesures effec­tuées sur HD-114082b, une exo­planète très jeune de la taille de Jupiter, mon­trent que ses pro­priétés ne cor­re­spon­dent à aucun des deux mod­èles pop­u­laires de for­ma­tion des planètes gazeuses.

En d’autres ter­mes, elle est trop lourde pour son âge.

“Par rap­port aux mod­èles actuelle­ment accep­tés, HD-114082b est deux à trois fois plus grosse qu’une jeune planète gazeuse âgée de seule­ment 15 mil­lions d’an­nées”, a déclaré Olga Zahozzy, astro­physi­ci­enne à l’In­sti­tut Max Planck d’as­tronomie en Alle­magne. haute den­sité”, a‑t-il précisé.

L’ex­o­planète tourne autour d’une étoile appelée HD-114082, située à env­i­ron 300 années-lumière, et a fait l’ob­jet d’une col­lecte inten­sive de données.

HD-114082b est l’une des plus jeunes exo­planètes jamais décou­vertes, et la com­préhen­sion de ses pro­priétés pour­rait fournir des indices sur la com­préhen­sion incom­plète des proces­sus de for­ma­tion des planètes. C’est le cas.

Pour car­ac­téris­er pleine­ment les exo­planètes, nous avons besoin de deux types de don­nées, basées sur l’in­flu­ence des exo­planètes sur leurs étoiles hôtes. Les don­nées de tran­sit enreg­istrent com­ment la lumière d’une exo­planète en orbite s’at­ténue lorsqu’elle passe devant l’é­toile. Si l’on con­naît la lumi­nosité de l’é­toile, on peut déter­min­er la taille de la planète extra­so­laire à par­tir de ce faible crépuscule.

Les don­nées de vitesse radi­ale, quant à elles, enreg­istrent l’am­pleur des oscil­la­tions de l’é­toile en réponse à l’at­trac­tion grav­i­ta­tion­nelle de l’ex­o­planète. Si nous con­nais­sons la masse de l’é­toile, nous pou­vons déter­min­er la masse de la planète extra­so­laire à par­tir de la mag­ni­tude de ses secousses.

Les chercheurs ont observé la vitesse radi­ale de HD-114082 pen­dant env­i­ron qua­tre ans. Les don­nées com­binées de tran­sit et de vitesse radi­ale ont révélé que HD-114082b avait le même ray­on que Jupiter, mais huit fois la masse de Jupiter. Cela sig­ni­fie qu’il s’ag­it d’une exo­planète dont la den­sité est env­i­ron deux fois supérieure à celle de la Terre et env­i­ron dix fois supérieure à celle de Jupiter.

Compte tenu de la taille et de la masse de cette jeune exo­planète, il est très peu prob­a­ble qu’il s’agisse d’une très grande planète rocheuse, la lim­ite supérieure étant d’en­v­i­ron 3 rayons ter­restres et d’en­v­i­ron 25 mass­es terrestres.

En out­re, la gamme de den­sité des exo­planètes rocheuses est très réduite. Au-delà de cette plage, la den­sité du corps devient si élevée que la force grav­i­ta­tion­nelle de la planète con­traint con­sid­érable­ment l’at­mo­sphère d’hy­drogène et d’hélium.

HD-114082b dépasse large­ment ces paramètres, ce qui implique qu’il s’ag­it d’une planète gazeuse. Mais les astronomes ne savent pas com­ment elle s’est formée.

“Nous pen­sons qu’il existe deux pos­si­bil­ités pour la for­ma­tion des planètes géantes”, explique Ralf Raun­hardt, astronome au MPIA. “Les deux se pro­duisent au sein de dis­ques pro­to­plané­taires de gaz et de pous­sières dis­tribués autour de jeunes étoiles.

Ces deux formes sont appelées “cold onset” ou “hot onset”. Dans le cas de l’ap­pari­tion froide, on pense que les exo­planètes se for­ment en col­lec­tant des cail­loux un par un par­mi les débris du disque qui tourne autour de l’étoile.

Les morceaux s’at­tirent, d’abord par voie élec­tro­sta­tique, puis par voie grav­i­ta­tion­nelle. Au fur et à mesure que la masse aug­mente, l’ac­cré­tion d’hy­drogène et d’héli­um, les élé­ments les plus légers de l’u­nivers, com­mence, la masse gag­nant si vite qu’elle forme une énorme couche externe gazeuse autour du noy­au rocheux.

Le gaz tombe vers le noy­au de la planète et perd de la chaleur en for­mant l’at­mo­sphère, ce qui la rend rel­a­tive­ment fraîche.

On pense que l’ap­pari­tion de la chaleur, égale­ment con­nue sous le nom d’in­sta­bil­ité du disque, se pro­duit lorsqu’une région tour­bil­lon­naire insta­ble du disque s’ef­fon­dre directe­ment sur elle-même sous l’ef­fet de la grav­ité. Le résul­tat est une exo­planète entière­ment for­mée, sans noy­au rocheux, où le gaz retient davan­tage de chaleur.

Les exo­planètes qui ont con­nu un démar­rage à froid et un démar­rage à chaud devraient se refroidir à des vitesses dif­férentes et pro­duire des car­ac­téris­tiques dif­férentes, que nous pou­vons observer.

Selon l’équipe de recherche, les pro­priétés de HD-114082b ne cor­re­spon­dent pas au mod­èle de démar­rage à chaud, et sa taille et sa masse sont en meilleur accord avec l’ac­cré­tion du noy­au. Cepen­dant, elle est trop lourde pour cette taille. Le noy­au est-il anor­male­ment épais, ou y a‑t-il une autre cause ?

“Il est trop tôt pour rejeter le con­cept de départ chaud”, a déclaré Ran­hardt. “Ce que nous pou­vons dire, c’est que nous ne savons tou­jours pas grand-chose de la for­ma­tion des planètes géantes”.

Cette exo­planète est l’une des trois seules exo­planètes de moins de 30 mil­lions d’an­nées pour lesquelles des mesures de ray­on et de masse sont disponibles. Jusqu’à présent, les trois sem­blent être en désac­cord avec le mod­èle d’in­sta­bil­ité du disque.