Des astronomes découvrent une planète proche de la taille de la Terre, sans atmosphère

Les astronomes ont découvert une nouvelle planète de la taille de la Terre, SPECULOOS-3b, en orbite autour d'une planète froide, Jupiter-étoile de la taille d'une étoile située à 55 années-lumière. Contrairement à la Terre, cette planète n'a probablement pas d'atmosphère en raison du rayonnement intense dû à sa proximité avec l'étoile, offrant une vue dégagée unique pour une étude géologique directe de la composition de sa surface et de son histoire.

Une nouvelle planète en orbite autour d'une petite étoile froide, à seulement 55 années-lumière de nous, a été découverte par des astronomes du MIT, de l'Université de Liège et d'ailleurs. Bien que l’exoplanète voisine soit similaire à la Terre par sa taille et sa composition rocheuse, c’est là que s’arrêtent les similitudes. La principale différence est qu’il manque probablement une atmosphère à ce nouveau monde.

Dans un article publié le 15 mai 2024 dans la revue Astronomie naturelleles chercheurs confirment la détection de SPECULOOS-3b, une planète probablement sans air de la taille de la Terre, que l'équipe a découverte à l'aide d'un réseau de télescopes dans le cadre du projet SPECULOOS (Search for Planets EClipsing ULtra-cOOl Stars).

La nouvelle planète orbite autour d’une naine ultra-froide proche – un type d’étoile plus petite et plus froide que le soleil. On pense que les étoiles naines ultra-froides sont le type d’étoile le plus répandu dans notre galaxie, bien qu’elles soient également les plus faibles, ce qui les rend difficiles à repérer dans le ciel nocturne.

La naine ultra-froide qui héberge la nouvelle planète mesure environ un dixième de la taille du soleil et est 1 000 fois plus sombre que celle-ci. L’étoile a une taille plus proche de Jupiter et est deux fois plus froide que le soleil. Néanmoins, l'étoile naine rayonne une énorme quantité d'énergie à la surface de la planète en raison de sa très grande proximité : SPECULOOS-3b fait le tour de son étoile en seulement 17 heures. Une année sur la nouvelle planète est donc plus courte qu’un jour sur Terre.

Parce qu’elle est si proche de son étoile, la planète reçoit 16 fois plus de rayonnement par seconde que ce que la Terre reçoit du soleil. L’équipe estime qu’une exposition aussi intense et incessante a probablement vaporisé toute atmosphère que la planète contenait autrefois, la laissant comme une boule de roche sans air, exposée et boursouflée.

Si la planète n'a pas d'atmosphère, les scientifiques pourraient bientôt être en mesure de déterminer exactement quels types de roches se trouvent à sa surface et même quels types de processus géologiques ont façonné son paysage, par exemple si la croûte de la planète a connu des océans de magma, une activité volcanique et tectonique des plaques dans son passé.

« SPECULOOS-3b est la première planète pour laquelle nous pouvons envisager de contraindre les propriétés de surface des planètes au-delà du système solaire », déclare le co-auteur de l'étude Julien de Wit, professeur agrégé de sciences planétaires à MIT. « Avec ce monde, nous pourrions essentiellement commencer à faire de la géologie exoplanétaire. À quel point cela est cool? »

Les co-auteurs de l'étude au MIT comprennent les chercheurs Benjamin Rackham et Artem Burdanov, ainsi que l'auteur principal Michel Gillon de l'Université de Liège et des collègues d'institutions et d'observatoires collaborateurs du monde entier.

Faire la queue

Les astronomes ont observé les premiers aperçus de la nouvelle planète en 2021, avec des observations prises par SPECULOOS – un réseau de six télescopes robotiques de 1 mètre (quatre dans l'hémisphère sud et deux dans l'hémisphère nord) qui observent en permanence le ciel à la recherche de signes de planètes en orbite autour d’étoiles naines ultra-froides. SPECULOOS est le projet parent de l'enquête TRAPPIST (TRansiting Planets and PlanetesImals Small Telescope-South), qui a découvert sept planètes telluriques – dont plusieurs potentiellement habitables – autour d'une petite étoile froide nommée TRAPPIST-1.

SPECULOOS vise à observer environ 1 600 étoiles naines ultra-froides proches. Comme ces étoiles sont petites, toutes les planètes qui orbitent et se croisent devant elles devraient momentanément bloquer leur lumière, de manière plus visible que les planètes qui orbitent autour d’étoiles plus grandes et plus brillantes. Les étoiles naines ultra-froides pourraient donc donner aux astronomes une meilleure vue de toutes les planètes qu’elles hébergent.

En 2021, un télescope du réseau SPECULOOS a détecté des signes non concluants de transit, devant une étoile naine ultra-froide située à environ 55 années-lumière. Puis, en 2022, une surveillance étroite avec le télescope Artemis du MIT a changé la donne.

« Bien que certaines structures dans les données de 2021 ne semblaient pas convaincantes, les données Artemis de 2022 ont vraiment retenu notre attention », se souvient Artem Burdanov du MIT, qui dirige l'Observatoire Nord SPECULOOS. « Nous avons commencé à analyser un signal clair de type transit dans les données Artemis, puis avons rapidement décidé de lancer une campagne autour de cette étoile, puis les choses ont commencé à s'aligner. »

Sombre comme la lune

L'équipe s'est concentrée sur l'étoile avec le télescope Artemis du MIT, le reste du réseau SPECULOOS et plusieurs autres observatoires. Les observations à plusieurs volets ont confirmé que l’étoile hébergeait effectivement une planète, qui semblait orbiter toutes les 17 heures. À en juger par la quantité de lumière qu’elle bloque à chaque traversée, les scientifiques estiment que la planète a à peu près la taille de la Terre.

Ils ont ensuite pu estimer certaines propriétés de l'étoile et de la planète à partir des analyses de la lumière de l'étoile réalisées par Benjamin Rackham du MIT, qui a mené une campagne utilisant les télescopes Magellan au Chili et au NASA Installation de télescope infrarouge (IRTF) à Hawaï pour analyser la lumière des étoiles naines ultra-froides proches.

« Nous pouvons dire, d'après nos spectres et d'autres observations, que l'étoile a une température d'environ 2 800 kelvins, qu'elle a environ 7 milliards d'années – ni trop jeune, ni trop vieille – et qu'elle est modérément active, ce qui signifie qu'elle s'éclaire assez longtemps. beaucoup », dit Rackham. « Nous pensons que la planète ne doit plus avoir d'atmosphère, car elle aurait facilement été érodée par l'activité de l'étoile hôte qui est en constante éruption. »

Alors, sans atmosphère, que pourrait-on voir s’ils regardaient depuis la surface de la planète ?

« S'il n'y avait pas d'atmosphère, il n'y aurait pas de ciel bleu ni de nuages ​​; il ferait juste sombre, comme à la surface de la lune », propose Rackham. « Et le 'soleil' serait une grande étoile rouge violacé, tachetée et flamboyante qui semblerait environ 18 fois plus grosse que le soleil nous apparaît dans le ciel. »

Parce que la planète n'a pas d'atmosphère et qu'elle est relativement proche, l'équipe affirme que SPECULOOS-3b est un candidat idéal pour des études de suivi menées par la NASA. Télescope spatial James Webb (JWST), qui est suffisamment puissant pour analyser la lumière de l'étoile et discerner plus de détails sur l'étoile et la planète. Grâce aux observations de JWST, l'équipe espère pouvoir identifier des détails de la surface de la planète, ce qui serait une première dans le domaine des études exoplanétaires.

« Nous pensons que la planète est presque aussi chaude que Vénus, donc pas habitable », dit Rackham. « Il ne fait pas assez chaud pour avoir une surface de lave. Ce devrait être de la roche solide. Mais selon la luminosité de cette roche, elle pourrait avoir récemment refait surface en raison de la tectonique des plaques ou de l'activité volcanique, ou il pourrait s'agir d'une planète qui a été érodée par l'altération spatiale et dont la surface est beaucoup plus sombre. À l’avenir, nous devrions être en mesure de distinguer certains scénarios intéressants pour la surface de la planète.

Pour en savoir plus sur cette découverte :

• Des astronomes découvrent une exoplanète de la taille de la Terre, à seulement 55 années-lumière

Cette recherche a été financée en partie par le Conseil européen de la recherche, la Fondation Simons et la Fondation Heising-Simons.