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Une étrange planète “barbe à papa” à 211 années-lumière

Vue d'artiste de WASP-107b. Crédits : ESA / Hubble, NASA, M. Kornmesser

Dans l’Univers, les géantes gazeuses pourraient se former “plus facilement” qu’on ne le pensait, suggère une étude concentrée sur WASP-107b. Vous retrouverez cette planète “barbe à papa”, appelée ainsi en raison de sa faible densité, à environ 211 années-lumière de la Terre.

Le système solaire est composé de planètes diverses et variées. Vous retrouverez des mondes rocheux comme Vénus, Mercure, Mars, la Terre ou encore des géantes de gaz comme Jupiter et Saturne, et des géantes glacées telles que Neptune ou Uranus. Enfin, notre cher Soleil abrite également quelques planètes naines comme Pluton ou Cérès. Mais aussi hétérogène soit l’effectif de notre système, un type de planète n’est pas représenté. On les appelle les “Super-Puffs”, ou planètes “barbe à papa”.

Ces mondes, qui se caractérisent par une très faible densité, sont très rares dans l’Univers. WASP-107b, en orbite autour d’une étoile naine orange à 211 années-lumière de la Terre en direction de la constellation de la Vierge, est l’une d’elles. Découverte en 2017, cette étrange planète vient de faire l’objet d’analyses plus approfondies. Ces travaux sont publiés dans The Astronomical Journal.

0,13 gramme par centimètre cube

Pour cette étude, l’astrophysicienne Caroline Piaulet et son équipe de l’Université de Montréal se sont appuyés sur quatre années d’observations, signées de l’observatoire de Keck (Hawaii) pour mesurer le mouvement de l’étoile en réponse au remorqueur gravitationnel de l’exoplanète en orbite. De cette manière, ils ont pu affiner les estimations de sa masse. Résultat : WASP-107b est légèrement plus petite que Jupiter, mais sa masse est inférieure de 10 % à la sienne, ce qui donne à ce monde une densité de seulement 0,13 gramme par centimètre cube.

Grâce à ces nouveaux calculs, l’équipe a ensuite effectué une analyse détaillée de la structure de WASP-107b. À leur grande surprise, ils ont découvert que le noyau solide de l’exoplanète ne pouvait dépasser environ 4,6 fois la masse de la Terre. Cela signifie que plus de 85 % de la masse de l’exoplanète se trouve dans son atmosphère gonflée.

En outre, nous savons que cette planète évolue très près de son étoile hôte, clôturant un tour en seulement 5,7 jours. En conséquence, il fait naturellement très chaud en surface : 462 degrés Celsius, mais surtout, son atmosphère commence à s’évaporer.

La question est : « comment une planète d’une densité aussi faible a-t-elle pu se former ? Et comment a-t-elle empêché son énorme couche de gaz de s’échapper jusqu’à présent, surtout compte tenu de la proximité de la planète avec son étoile ? », se demande l’astrophysicienne.

Vue d’artiste de WASP-107b. Crédits : Jessica Spake/ EngineHouseVFX

Une planète “migrante”

Jusqu’à présent, notre compréhension de la formation des géantes gazeuses s’est basée principalement sur celles que nous pouvons étudier le plus facilement : Saturne et Jupiter.

Ils ont tous deux des noyaux au moins dix fois plus massifs que la Terre, de sorte que les astronomes ont pensé qu’un tel noyau massif était une condition préalable à la formation d’une enveloppe gazeuse. Autrement dit, nous pensions qu’une telle masse était nécessaire au niveau du noyau pour déclencher une accrétion de matière suffisante, avant que le disque proto-planétaire d’une étoile nouvelle née n’en soit complètement dépouillé. Or, WASP-107b montre une voie de formation différente.

« Pour WASP-107b, le scénario le plus plausible est que la planète s’est formée loin de l’étoile, où le gaz dans le disque était suffisamment froid pour que l’accrétion de gaz puisse se produire très rapidement », suggère Eve Lee, co-auteure de l’étude. « La planète aurait ensuite pu migrer vers sa position actuelle, soit par des interactions avec le disque, soit avec d’autres planètes du système ».

Au cours de leurs observations, les chercheurs ont d’ailleurs isolé la présence d’une seconde exoplanète – WASP-107c – évoluant beaucoup plus loin de son étoile, complétant une orbite en 1088 jours. Cette orbite est également extrêmement excentrique,ou de forme ovale, ce qui suggère une interaction gravitationnelle avec un autre corps. En l’occurrence, il s’agirait ici de WASP-107b.

Les chercheurs prévoient de poursuivre les travaux sur WASP-107b avec des instruments plus sensibles à l’avenir, tel que le James Webb Telescope, dans le but de mieux appréhender les mécanismes de formation planétaire.