Les astronomes ont découvert une énorme planète de faible densité nommée WASP-193b, qui est 50 % plus grande que Jupiter mais a une densité semblable à celle de la barbe à papa. Cette découverte remet en question les théories existantes sur la formation des planètes. (Concept de l'artiste.) Crédit : Issues.fr.com
Les astronomes ont découvert une énorme planète de faible densité nommée WASP-193b, qui est 50 % plus grande que Jupiter mais a une densité semblable à celle de la barbe à papa. Cette découverte remet en question les théories actuelles sur la formation planétaire, car les scientifiques ne peuvent pas expliquer comment une telle planète pourrait se former.
Les astronomes ont découvert une énorme et étrange planète pelucheuse en orbite autour d'une étoile lointaine dans notre voie Lactée galaxie. La découverte, rapportée le 14 mai dans la revue Astronomie naturelle par des chercheurs d'à MITl'Université de Liège en Belgique et ailleurs, est une clé prometteuse pour élucider le mystère de la formation de ces planètes géantes et ultra-légères.
La nouvelle planète, nommée WASP-193b, semble éclipser Jupiter en taille, mais elle ne représente qu'une fraction de sa densité. Les scientifiques ont découvert que la géante gazeuse est 50 % plus grande que Jupiter et environ un dixième de sa densité – une densité extrêmement faible, comparable à celle de la barbe à papa.
WASP-193b est la deuxième planète la plus légère découverte à ce jour, après la plus petite, Neptune-comme un monde, Kepler 51d. La taille beaucoup plus grande de la nouvelle planète, combinée à sa densité ultra-légère, font de WASP-193b une curiosité parmi plus de 5 400 planètes découvertes à ce jour.
« Trouver ces objets géants avec une si faible densité est vraiment très rare », déclare Khalid Barkaoui, auteur principal de l'étude et postdoctorant au MIT. « Il existe une classe de planètes appelées Jupiters gonflés, et leur nature reste un mystère depuis 15 ans maintenant. Et c’est un cas extrême de cette classe.
« Nous ne savons pas où placer cette planète dans toutes les théories de formation dont nous disposons actuellement, car elle constitue une valeur aberrante parmi toutes », ajoute le co-auteur principal Francisco Pozuelos, chercheur principal à l'Institut d'astrophysique d'Andalousie. en Espagne. « Nous ne pouvons pas expliquer comment cette planète s’est formée, sur la base de modèles d’évolution classiques. Regarder de plus près son atmosphère nous permettra d’obtenir un chemin évolutif de cette planète.
Les co-auteurs de l'étude au MIT incluent Julien de Wit, professeur adjoint au Département des sciences de la Terre, de l'atmosphère et des planètes du MIT, et Artem Burdanov, postdoctorant au MIT, ainsi que des collaborateurs de plusieurs institutions à travers l'Europe.
Vue d'artiste du système WASP-193b. Crédit : Université de Liège
« Une tournure intéressante »
La nouvelle planète a été initialement repérée par le Wide Angle Search for Planets, ou WASP, une collaboration internationale d'institutions universitaires qui exploitent ensemble deux observatoires robotiques, l'un dans l'hémisphère nord et l'autre dans l'hémisphère sud. Chaque observatoire utilise un ensemble de caméras grand angle pour mesurer la luminosité de milliers d'étoiles individuelles dans tout le ciel.
Lors d'enquêtes réalisées entre 2006 et 2008, puis de nouveau entre 2011 et 2012, l'observatoire WASP-South a détecté des transits périodiques, ou des baisses de lumière, de WASP-193, une étoile brillante proche du soleil, située à 1 232 années-lumière de la Terre. Les astronomes ont déterminé que les baisses périodiques de luminosité de l'étoile correspondaient à une planète tournant autour de l'étoile et bloquant sa lumière tous les 6,25 jours. Les scientifiques ont mesuré la quantité totale de lumière que la planète bloquait à chaque transit, ce qui leur a donné une estimation de la taille géante de la planète, super-Jupiter.
Les astronomes ont ensuite cherché à déterminer la masse de la planète – une mesure qui révélerait alors sa densité et potentiellement aussi des indices sur sa composition. Pour obtenir une estimation de la masse, les astronomes utilisent généralement la vitesse radiale, une technique dans laquelle les scientifiques analysent le spectre d'une étoile ou diverses longueurs d'onde de la lumière lorsqu'une planète tourne autour de l'étoile. Le spectre d'une étoile peut être modifié de manière spécifique en fonction de ce qui attire l'étoile, comme une planète en orbite. Plus une planète est massive et plus elle est proche de son étoile, plus son spectre peut se déplacer – une distorsion qui peut donner aux scientifiques une idée de la masse d'une planète.
Pour WASP-193 b, les astronomes ont obtenu des spectres supplémentaires à haute résolution de l'étoile pris par divers télescopes au sol et ont tenté d'utiliser la vitesse radiale pour calculer la masse de la planète. Mais ils revenaient toujours vides – précisément parce que, comme il s’est avéré, la planète était beaucoup trop légère pour avoir une quelconque attraction détectable sur son étoile.
« En général, les grosses planètes sont assez faciles à détecter car elles sont généralement massives et entraînent une forte attraction sur leur étoile », explique de Wit. « Mais ce qui était délicat avec cette planète, c'est que même si elle est grande, énorme, sa masse et sa densité sont si faibles qu'il était en fait très difficile de la détecter avec la seule technique de la vitesse radiale. C’était une tournure intéressante.
« (WASP-193b) est si léger qu'il a fallu quatre ans pour rassembler des données et montrer qu'il existe un signal de masse, mais il est vraiment très petit », explique Barkaoui.
« Au début, nous obtenions des densités extrêmement faibles, ce qui était très difficile à croire au début », ajoute Pozuelos. « Nous avons répété plusieurs fois le processus d'analyse de toutes les données pour nous assurer qu'il s'agissait bien de la densité réelle de la planète, car c'était extrêmement rare. »
Un monde gonflé
Au final, l’équipe a confirmé que la planète était effectivement extrêmement légère. Sa masse, ont-ils calculé, était d'environ 0,14 celle de Jupiter. Et sa densité, dérivée de sa masse, s'élevait à environ 0,059 gramme par centimètre cube. Jupiter, en revanche, pèse environ 1,33 gramme par centimètre cube ; et la Terre représente 5,51 grammes par centimètre cube. Le matériau le plus proche en densité de la nouvelle planète gonflée est peut-être la barbe à papa, qui a une densité d'environ 0,05 gramme par centimètre cube.
« La planète est si légère qu'il est difficile d'imaginer un matériau analogue à l'état solide », explique Barkaoui. « La raison pour laquelle elle est proche de la barbe à papa est que les deux sont principalement constituées de gaz légers plutôt que de solides. La planète est fondamentalement super moelleuse.
Les chercheurs soupçonnent que la nouvelle planète est constituée principalement d’hydrogène et d’hélium, comme la plupart des autres géantes gazeuses de la galaxie. Pour WASP-193b, ces gaz forment probablement une atmosphère extrêmement gonflée qui s'étend sur des dizaines de milliers de kilomètres plus loin que la propre atmosphère de Jupiter. Comment exactement une planète peut-elle gonfler jusqu'à présent tout en conservant une densité ultra-légère est une question à laquelle aucune théorie existante sur la formation planétaire ne peut encore répondre.
Pour obtenir une meilleure image du nouveau monde pelucheux, l'équipe prévoit d'utiliser une technique précédemment développée par De Wit, pour déduire d'abord certaines propriétés de l'atmosphère de la planète, telles que sa température, sa composition et sa pression à différentes profondeurs. Ces caractéristiques peuvent ensuite être utilisées pour déterminer avec précision la masse de la planète. Pour l'instant, l'équipe considère WASP-193b comme un candidat idéal pour une étude de suivi par des observatoires tels que le Télescope spatial James Webb.
« Plus l'atmosphère d'une planète est grande, plus la lumière peut la traverser », explique de Wit. « Il est donc clair que cette planète est l'une des meilleures cibles dont nous disposons pour étudier les effets atmosphériques. Ce sera une pierre de Rosette pour tenter de résoudre le mystère des Jupiters gonflés.
Cette recherche a été financée, en partie, par des universités du consortium et par le Conseil britannique des installations scientifiques et technologiques pour WASP ; le Conseil européen de la recherche ; la Fédération Wallonie-Bruxelles ; et la Fondation Heising-Simons, Colin et Leslie Masson et Peter A. Gilman, soutenant Artemis et les autres télescopes SPECULOOS.
