Le cœur à nu d’une ancienne planète orbitant une étoile semblable au Soleil

Des astronomes ont découvert le noyau intact et à nu d’une géante gazeuse bloquée dans une orbite rapprochée autour d’une étoile semblable au Soleil. Cette découverte donnera aux astronomes une rare occasion de sonder le cœur d’un ancien monde extraterrestre, et leurs découvertes pourraient révéler ce qui se trouve au centre des géantes gazeuses de notre propre système solaire, comme Jupiter et Saturne.

Image d’entête : représentation artistique du noyau exposé baignant dans le rayonnement de son étoile. (Mark Garlick/ Université de Warwick)

Ce cœur a été découvert par le satellite TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) de la NASA, qui est conçu pour observer une vaste bande du ciel nocturne et repérer les minuscules baisses dans la lumière des étoiles qui se produisent lorsque des (exo)planètes passent entre le télescope et la surface d’une lointaine étoile.

Le satellite TESS a enregistré une de ces fluctuations dans une étoile semblable au Soleil située à quelque 730 années-lumière de la Terre. Une analyse des données a révélé que l’étoile était en orbite très proche d’un objet, aujourd’hui désigné TOI 849 b, qui avait à peu près la taille de Neptune.

Selon l’équipe, TOI 849 b est si proche de son étoile qu’elle effectue une orbite toutes les 18 heures. En plus de donner à l’étrange objet une année incroyablement courte, l’orbite rapprochée bombarderait TOI 849 b d’une surabondance de rayonnement provenant de son étoile, ce qui se traduirait par une température de surface d’environ 1 800 K soit environ 1 500 °C.

La compagne stellaire a été trouvée en orbite dans ce qui est connu comme un désert neptunien, une région de l’espace entourant une étoile où, selon les modèles actuels, les astronomes ne s’attendraient pas à trouver des mondes plus grands que Neptune.

Après la découverte initiale, les astronomes ont utilisé l’instrument HARPS, monté sur le télescope de 3,6 m de l’Observatoire européen austral situé dans le désert chilien d’Atacama, pour effectuer des observations de suivi. Cet instrument est capable de suivre avec précision les infimes oscillations du mouvement d’une exoplanète en orbite autour d’une étoile. Ces oscillations se manifestent par de légers changements dans la signature lumineuse de la planète, appelée spectre, qui se produisent lorsque l’objet se rapproche ou s’éloigne légèrement du télescope.

À partir des données du HARPS, il a été possible de calculer la masse de TOI 849 b. Une fois combinée avec les mesures de la taille de la planète, les chercheurs ont pu estimer sa densité, et à partir de là, faire une meilleure estimation de ce dont ce monde est fait.

La masse de TOI 849 b était équivalente à environ 40 Terres (masse terrestre), mais son rayon n’était que 3,4 fois plus grand que celui de notre planète. Elle devait donc être extrêmement dense, ce qui suggère qu’elle se compose principalement de fer, de roche et d’eau, et de très peu d’éléments relativement légers comme l’hydrogène et l’hélium.

C’est étrange, car un objet comme TOI 849 b devrait accumuler de grandes quantités d’hydrogène et d’hélium pendant le processus de formation de la planète. En d’autres termes, il devrait s’agir d’une géante gazeuse semblable à notre Jupiter.

L’absence de gaz prévus, la composition dense du monde extraterrestre et son orbite réduite ont conduit les chercheurs à conclure que TOI 849 b n’était rien de moins qu’un noyau planétaire à découvert.

L’équipe a ensuite cherché à déterminer les scénarios qui auraient pu créer ce système inhabituel. À cette fin, les chercheurs ont utilisé leurs données dans un modèle scientifique connu sous le nom de Modèle de Berne pour la formation et de l’évolution des planètes. Ce modèle prend en compte une série de processus connus pour être essentiels au développement et à l’évolution des planètes, tels que le comportement des disques d’accrétion, le disque de matière entourant l’étoile et dont elles tirent leur substance, et la manière dont les jeunes corps planétaires interagissent gravitationnellement les uns avec les autres.

Représentation d’un disque d’accrétion entourant une étoile, à partir duquel se forme les planètes. (NASA)

Deux scénarios possibles ont été proposés pour expliquer les événements qui ont conduit à la découverte du noyau exposé.

Il est possible que l’objet ait en effet été autrefois similaire à Jupiter, et qu’il ait ensuite vu son immense enveloppe gazeuse s’épuiser. Des niveaux intenses de rayonnement stellaire auraient pu arracher de grandes quantités de matière de la surface de la géante gazeuse.

Cependant, cela n’aurait pas impliqué la totalité de l’atmosphère d’une géante gazeuse. Il aurait également fallu qu’il y ait eu une grosse collision avec un autre corps planétaire dans un lointain passé, ou la planète aurait pu être sérieusement perturbée en passant trop près de son étoile.

Ou encore, TOI 849 b pourrait simplement être une géante gazeuse “ratée”. Dans ce scénario, le noyau d’une géante gazeuse s’est formé dans le disque d’accrétion de l’étoile, mais pour une raison ou une autre, il n’a pas pu accumuler les quantités massives d’hydrogène et d’hélium nécessaires pour devenir un corps semblable à Jupiter.

Cela pourrait être dû au fait que le disque primordial a été perturbé d’une manière ou d’une autre, laissant des vides qui ont empêché la jeune TOI 849 b de s’emparer du matériau. D’autre part, le noyau a pu se former alors que le disque était déjà épuisé, et il n’y avait tout simplement pas assez de matière pour achever le processus de création.

Quelle que soit la manière dont elle a été conçue, la découverte de TOI 849 b a donné aux astronomes une chance rare d’observer le noyau exposé d’un monde extraterrestre. Cela pourrait leur permettre de mieux comprendre la formation de notre propre système solaire et ce qui se trouve sous les surfaces hypnotiques et tourbillonnantes de Saturne et de Jupiter.

Les auteurs de cette étude ne connaissent pas encore de manière empirique la composition de TOI 849 b. Cependant, de futures observations pourraient résoudre ce mystère, car tout gaz détecté formant une fine atmosphère autour du noyau devrait avoir émané de l’intérieur du corps meurtri. Par conséquent, “renifler” la composition des gaz atmosphériques permettrait aux scientifiques de savoir de quoi est fait le noyau.

L’étude publiée dans Nature : A remnant planetary core in the hot-Neptune desert et présentée sur le site de l’université de Warwick : First exposed planetary core discovered allows glimpse inside other worlds.