Une Exoplanète de la taille de Neptune s’évapore très rapidement sous l’action de son étoile

Selon les simulations et les modèles, les tailles des exoplanètes devraient être réparties dans l’univers de façon relativement égale. Mais avec un total d’exoplanètes approchant les 4000, cela n’ai pas vraiment le cas. Un type de monde désigné « Neptune chaud » est visiblement peu répandu, mais une nouvelle observation peut expliquer pourquoi. Le télescope spatial Hubble a repéré un Neptune chaud nommé GJ 3470b qui disparaît à un rythme inégalé.

Image d’entête : représentation artistique de l’énorme nuage d’hydrogène jaillissant de la brulante GJ 3470b de la taille de Neptune. (NASA/ ESA/ D. Player (STScI))

Les exoplanètes orbitant de près leur étoile, et donc extrêmement chaudes, découvertes jusqu’ici semblent tomber dans deux groupes opposés. Il y a ce qu’on appelle les « Super-Terre chaudes », qui sont un peu plus grandes que notre planète, et à l’autre bout de l’échelle, nous avons les « Jupiters chauds« . La logique voudrait qu’il devrait aussi y avoir beaucoup de « Neptunes chauds » de taille moyenne de celle de notre géante de glace locale, Neptune, mais qui sont brûlants parce qu’ils sont extrêmement près de leur étoile. Mais curieusement, jusqu’à présent, les astronomes s’y sont largement désintéressés.

GJ 3470b n’est que la deuxième de ces planètes jamais découvertes, et c’est peut-être la raison pour laquelle elles sont si rares. Ce Neptune chaud orbite autour de l’étoile Gliese 3470, à environ 96 années-lumière en direction de la constellation du Cancer. Étant si près de son étoile, GJ 3470b est en train de griller au fur et à mesure que les gaz dans son atmosphère se réchauffent au point de s’échapper dans l’espace, formant un énorme nuage autour de la planète. Et comme cette épaisse atmosphère constitue jusqu’à 20 % de la masse de la planète, GJ 3470b se réduit à un rythme sans précédent.

La découverte a été faite à l’aide du spectrographe imageur de Hubble. Les chercheurs ont été en mesure de détecter la signature ultraviolette de l’hydrogène dans le nuage autour de la planète lorsqu’elle est passée devant son étoile.

Ce n’est pas la première fois qu’une planète répand son atmosphère dans l’espace. Des simulations suggèrent que Proxima b, une planète semblable à la Terre qui était autrefois habitable, a déjà été dépouillée de la majeure partie de son atmosphère. Plus près de chez nous, la même chose semble se produire sur Mars en ce moment.

Mais avec GJ 3470b, cela ressemble davantage à une canalisation d’eau qui explose. L’exoplanète perd de la masse 100 fois plus vite que le seul autre Neptune chaud connu, GJ 436b. L’équipe estime que la planète a déjà perdu plus d’un tiers de sa masse au cours de sa durée de vie et qu’elle se réduira très probablement en une  » mini Neptune  » d’ici quelques milliards d’années.

Représentation artistique de GJ 436b face à son étoile. (université de Warwick)

Selon Vincent Bourrier, chercheur principal de l’étude :

Je pense que c’est le premier cas où l’évolution planétaire est aussi spectaculaire. C’est l’un des exemples les plus extrêmes d’une planète qui subit une perte de masse majeure au cours de sa vie. Cette importante perte de masse a des conséquences majeures sur son évolution, et elle affecte notre compréhension de l’origine et du devenir de la population des exoplanètes proches de leurs étoiles.

Le fait que les deux seuls Neptune chauds connus soient rapidement dépouillés de leur atmosphère pourrait expliquer pourquoi cette classe de planète est si rare. Les exoplanètes peuvent souvent commencer leur vie en tant que Jupiters chaud commun, passer brièvement par une phase de Neptune chaud quand elles perdent de la masse, puis passer en mini-Neptunes et Super-Terre, qui sont aussi communs dans le cosmos.

Ce graphique présente les exoplanètes en fonction de leur taille et de leur distance par rapport à leur étoile. Chaque point représente une exoplanète. Des planètes de la taille de Jupiter (situées en haut du graphique) et des planètes de la taille de la Terre et des soi-disant super-Terre (en bas) se trouvent à la fois près et loin de leur étoile. Mais les planètes de la taille de Neptune (au milieu de la représentation) sont rares et proches de leur étoile. Ce soi-disant désert de Neptune chaude montre que de tels mondes extraterrestres sont rares, ou qu’ils étaient abondants à une certaine époque, mais qui ont disparu depuis. La détection que le GJ 3470b, une Neptune chaude à la limite du désert, perd rapidement son atmosphère suggérant que les Neptune plus chaudes ont pu s’éroder vers des super-Terre plus petites et rocheuses. (NASA/ ESA/ A. Feild (STScI))

Pourtant, ces deux seuls membres ne suffisent pas pour établir ce rapport avec une grande confiance. Malheureusement, la recherche de la signature ultraviolete de l’hydrogène ne marche pas pour les exoplanètes situées à plus de 150 années-lumière de distance. Ainsi, il n’y a peut-être plus beaucoup de Neptune ou d’autres Neptune chaudes pour confirmer cette possibilité. Des projets à venir comme le télescope spatial James Webb pourraient permettre d’étendre la portée de la détection en recherchant au contraire la signature infrarouge de l’hélium.

L’étude publiée dans Astronomy and Astrophysics : Hubble PanCET: an extended upper atmosphere of neutral hydrogen around the warm Neptune GJ 3470b et présentée sur le HubbleSite : In Search of Missing Worlds, Hubble Finds a Fast Evaporating Exoplanet et sur le site de l’université John Hopkins : Hubble Finds Far-Away Planet Vanishing at Record Speed.