La chasse aux plus grands cousins ​​de la Terre.

Plus grands que la Terre mais plus petits que Neptune, ces mondes intermédiaires abritent des environnements étonnamment terrestres.

Par Michael Carroll  | Publication: jeudi 10 octobre 2019

SUJETS CONNEXES: MONDES HABITABLES

Les scientifiques ne savent pas quoi faire de Kepler-452b. Les propriétés de la planète suggèrent qu'elle se situe à la frontière entre une super-Terre rocheuse et un sous-Neptune gazeux. S'il est de nature terrestre, il a probablement une atmosphère épaisse et beaucoup de volcans actifs.

NASA

Quelque part entre les géantes gazeuses et les mondes terrestres semblables à la Terre qui peuplent notre galaxie se trouve une zone crépusculaire, une région où les planètes défient toute classification facile. C'est une dimension entre gazeux et rocheux, un territoire où la taille de la planète chevauche la Terre et Neptune.

Plusieurs de ces planètes hybrides récemment découvertes offrent les possibilités les plus excitantes pour des conditions semblables à la Terre sur d'autres mondes. Et partout où de tels environnements existent, la chance que la vie puisse prendre pied ne peut être exclue.

À la recherche de la Terre 2.0

Trouver des exoplanètes n'est pas facile. Il est difficile d'imaginer une planète à des distances interstellaires car elle se perd dans la lueur de son étoile hôte. Mais les astronomes sont habiles à taquiner les planètes en scrutant la lumière des soleils lointains. Quand un monde passe directement devant son étoile de notre point de vue (un transit), l'étoile diminue et la quantité de variation dépend de la taille physique de la planète. Le vaisseau spatial de chasse aux planètes Kepler a utilisé cette technique pour trouver des milliers d'exo-mondes.

Une deuxième méthode, appelée vitesse radiale, mesure le mouvement d'une étoile tandis qu'un corps en orbite tire dessus. La gravité de la planète fait osciller son soleil. Lorsque la planète éloigne l'étoile de nous, la lumière devient plus rouge; de l'autre côté de l'orbite, l'étoile est tirée vers nous, et sa lumière devient plus bleue. Les astronomes peuvent détecter ce changement à la lumière d'une étoile. Et plus le changement est important, plus la planète doit être massive.

En combinant ces deux techniques, les scientifiques acquièrent un aperçu de la nature des exoplanètes. Si une planète a deux fois la masse de la Terre mais le même volume, par exemple, elle doit être très dense et donc rocheuse. Mais si une planète avec la masse de la Terre a 10 fois le volume de notre planète, ce doit être un monde à faible densité comme un petit géant de gaz ou de glace.

Les astronomes ont cartographié une large gamme de planètes en orbite autour de la zone habitable de leur étoile hôte - la région où l'eau liquide pourrait exister à la surface du monde - des petits terrestres apparentés à Mercure aux mondes rocheux ou gazeux de la taille de Neptune. Notre galaxie peut contenir 10 milliards de mondes de tailles comparables aux nôtres. Parmi les exoplanètes connues, cependant, les mondes de taille Neptune et sous-Neptune sont les plus courants. Beaucoup de ces géants relativement petits sont qualifiés de super-Terres.

Gliese 581g pourrait être l'un des mondes les plus terrestres de notre galaxie. Son orbite étroitement enroulée autour d'un soleil nain rouge place l'exoplanète dans la zone habitable de l'étoile. Les modèles indiquent que dans les bonnes conditions, un grand océan se propagerait à travers l'hémisphère face à l'étoile de cette super-Terre.

Super-Terres et sous-Neptunes

D'une manière générale, le terme super-Terre s'applique aux planètes qui sont plus grandes que la Terre mais qui ont toujours une surface rocheuse et une atmosphère mince. Le terme sous-Neptune fait référence à un petit géant gazeux. Mais les incertitudes dans les données signifient que la frontière entre ces deux classes est plus floue que claire.

Les super-terres semblent être le type d'exoplanète le plus courant. Environ trois mondes connus sur 10 appartiennent à cette catégorie. Ces mondes n'ont pas d'analogue dans notre système solaire. Les scientifiques classent les super-Terres strictement en fonction de la masse sans tenir compte de leur composition, de leur nature ou de leur distance par rapport à leur étoile hôte. La plupart de ceux découverts jusqu'à présent tournent autour de leur soleil - simplement parce que ce sont les plus faciles à détecter. Les masses de ces mondes varient d'un minimum d'environ 1,5 à 2 masses terrestres jusqu'à un maximum de 10 Terres.

Les astronomes trient les super-Terres en quatre catégories. Les planètes de faible densité contiennent de grandes quantités d'hydrogène et d'hélium et sont appelées naines ou sous-Neptunes. Les super-terres de densité moyenne sont probablement des mondes océaniques où l'eau est une composante majeure. Un troisième type a un noyau plus dense qu'un sous-Neptune mais possède toujours une atmosphère étendue d'un sous-Neptune. L'étendue de cette atmosphère dépend de la distance de la planète à son étoile - plus elle orbite loin, plus elle sera froide et plus elle retiendra l'atmosphère. Enfin, les super-Terres plus grandes et à haute densité, parfois appelées méga-Terres, comprennent probablement des composants majeurs de roche et / ou de métal.

Kepler-22b est probablement une planète rocheuse avec un rayon d'environ 2,4 fois celui de la Terre. Il orbite autour de son étoile hôte près du bord intérieur de la zone habitable, de sorte qu'il peut ressembler à Vénus de plus près que la Terre.

Pas tout à fait comme Neptune

Les sous-Neptunes omniprésents rejoignent la ménagerie exoplanète avec des masses allant jusqu'à légèrement moins que Uranus et Neptune de notre système. (Uranus contient 14,5 masses terrestres; Neptune en détient 17,1.) Ces mondes viennent probablement avec une grande variété de personnalités.

Le chercheur Mark Marley modélise des atmosphères d'exoplanètes au centre de recherche Ames de la NASA à Moffett Field, en Californie. Il croit que les sous-Neptunes peuvent s'avérer être les mondes les plus variés de toutes les tailles. «Vous devenez plus gros qu'un Saturne ou plus, et [les planètes] ont toutes tendance à être de la même taille car elles sont dominées par leurs atmosphères d'hydrogène et d'hélium. Lorsque vous vous rapprochez d'une masse terrestre, ce sont probablement tous des mondes rocheux avec un peu d'atmosphère. Mais [dans cette région entre Neptune et la Terre], il y a probablement une énorme gamme de ce que pourraient être ces planètes. Chacun va être unique », dit-il. Leur nature dépend de nombreux facteurs, notamment leur masse, la quantité d'eau qu'ils possèdent et la taille de leur cœur.

Comme Neptune, la plupart des sous-Neptunes sont gazeux. Contrairement à Neptune, cependant, beaucoup de ces mondes orbitent près de leur étoile hôte. Cela fournit aux astronomes un mystère: comment les sous-Neptunes se sont-ils retrouvés près de leur étoile lorsqu'ils ont dû se former dans les régions extérieures de leur système planétaire? De tels mondes ne peuvent naître qu'au-delà de la soi-disant ligne de neige, où les températures fraîches leur permettent de collecter de grandes quantités de glaces et de gaz.

Les planètes, semble-t-il, sont des choses glissantes, capables de se former à un endroit et de se déplacer dans un autre. L'arrangement de notre système solaire de géants de gaz et de glace au-delà de petits mondes terrestres n'est apparemment pas la norme à travers la galaxie. Les astronomes ont développé le modèle Grand Tack pour expliquer l'évolution précoce du système solaire. La théorie propose que Jupiter et Saturne ont marché vers le Soleil, mais Saturne a réussi à tirer Jupiter du bord de la mort. Des migrations similaires peuvent être courantes dans d'autres systèmes, où des sous-Neptunes pourraient se former à une grande distance et dériver vers l'étoile plus tard. Un monde semblable à la Terre qui se développe près de son soleil aurait une densité beaucoup plus élevée car il n'a pas la teneur en eau d'une planète originaire de la région extérieure plus froide d'un système.

Deux super-Terres en orbite Kepler-62. Les deux mondes ont probablement des océans profonds d'eau, bien que Kepler-62f (en bas) orbite plus loin de son étoile que Kepler-62e (en haut) et peut donc être recouvert de glace.

Elisa Quintana d'Ames Research Center a travaillé avec une équipe essayant de comprendre quand une planète passe de la Terre à un sous-Neptune gazeux. «Avant de connaître l'existence d'exoplanètes, nous avions une relation masse-rayon de base basée sur notre système solaire. Maintenant, nous avons dû jeter cela », dit-elle. «Les modèles théoriques nous disent que la transition de la super-Terre rocheuse au sous-Neptune gazeux est d'environ 1,5 ou 1,6 rayons terrestres. Une fois qu'une planète aura atteint 2 rayons terrestres, elle ressemblera davantage à un sous-Neptune. »Les chercheurs espèrent déterminer le point de transition alors qu'ils étudient davantage de super-Terres.

Comme à la maison?

Bien que la découverte de planètes aux dimensions terrestres soit passionnante, il faut plus que de la taille pour faire une Terre. Même dans des mondes proches de la taille et de la masse de la Terre, les cueillettes «semblables à la Terre» semblent minces. La plupart en orbite à l'extérieur de la zone habitable de l'étoile hôte.

Typique de ceux-ci est la méchante planète de la taille de la Terre entourant Gliese 1132. Les astronomes calculent que Gliese 1132b s'étend sur 1,2 rayons terrestres et a une masse environ 1,6 fois plus grande que notre planète, la plaçant à la frontière entre être rocheuse ou sub-neptunienne. Comme les planètes semblables à la Terre vont, jusqu'ici, tout va bien. Mais les scientifiques estiment que sa surface grille à la température d'un four, à environ 460 degrés Fahrenheit (225 degrés Celsius).

À quel point la Terre est-elle semblable à une super-Terre? Les caractéristiques qui contribuent à l'unicité de notre propre monde offrent une bonne mesure. Premièrement, la Terre orbite dans la zone habitable du Soleil. Bien que certaines super-Terres orbitent dans la zone habitable de leur propre étoile, des études montrent que cela peut ne pas être suffisant pour engendrer des environnements semblables à la Terre. La tectonique des plaques est un autre attribut essentiel de notre monde d'origine car elle recircule les minéraux qui se lavent dans les mers et recycle les éléments de l'atmosphère qui ont été chimiquement enfermés dans les roches.

Mais les modèles récents soutiennent que les super-Terres peuvent ne pas profiter des avantages de la tectonique des plaques. Tout d'abord, il faut le bon mélange de minéraux pour créer le motif de puzzle des plaques mobiles. Sur Terre, alors qu'une plaque glisse sous une autre, la pression croissante réorganise les atomes qu'elle contient, ce qui rend la roche plus dense. Sans cette altération, les plaques se bloqueraient et cesseraient de glisser l'une sur l'autre. Les planètes avec des croûtes minéralogiquement différentes peuvent ne pas être en mesure de maintenir une bande transporteuse de plaques.

Deuxièmement, la croûte d'une super-Terre peut être trop épaisse pour la tectonique. Des simulations de Terres géantes révèlent que la plupart de ces mondes ont des croûtes épaisses, dressant une barrière physique à la tectonique des plaques. Pourtant, certains chercheurs suggèrent que l'augmentation de la chaleur dans une super-Terre pourrait être suffisante pour conduire le processus.

Un autre facteur qui contribuerait à la terreur d'une super-Terre est un champ magnétique. Le noyau en fusion de la Terre génère un champ qui nous protège des particules chargées énergétiques. Pour ressembler à la Terre, une super-Terre doit avoir un tel champ.

La Super-Terre Gliese 667Cc, vue ici depuis la surface d'une hypothétique lune proche, peut être un sous-Neptune, avec des paysages nuageux venteux plutôt que des vues rocheuses. La planète se trouve si près de son hôte nain rouge qu'elle est probablement bloquée par les marées, une situation qui peut faire des ravages avec ses formations de nuages ​​en bandes.

Une étude des super-Terres

Sur les milliers d'exoplanètes connues, les astronomes n'ont trouvé que quelques super-Terres ayant les bonnes caractéristiques pour ressembler potentiellement à la Terre. L'un des matchs les plus proches semble être Kepler-452b.
La première planète à peu près de la taille de la Terre trouvée dans la zone habitable d'une étoile similaire au Soleil, Kepler-452b est environ 1,5 fois plus grande que la Terre. Bien qu'elle soit légèrement plus éloignée de son étoile (Kepler-452) que la Terre du Soleil, son étoile brille légèrement plus brillamment que la nôtre, de sorte que la planète reçoit un peu plus d'énergie que la Terre.

Autrement dit, si Kepler-452b a une surface solide. La taille de la planète plane juste au bord entre une super-Terre rocheuse et un sous-Neptune gazeux. Les astronomes de l'Université de Columbia, Jingjing Chen et David Kipping, ne donnent à la planète que 13% de chances d'être terrestre plutôt que gazeuse. Les modèles suggèrent que si Kepler-452b est rocheux, il a probablement une atmosphère plus épaisse que celle de la Terre et serait probablement volcaniquement actif.

Kepler-452b met 385 jours pour orbiter autour de son soleil, une année assez similaire à celle de la Terre. Mais tout ne va peut-être pas bien sur ce monde. Son étoile a 1,5 milliard d'années de plus que le Soleil et rayonne plus d'énergie qu'auparavant. La planète était autrefois au centre de la zone habitable, mais au fur et à mesure que l'étoile parent vieillissante s'est réchauffée, sa zone habitable a migré vers l'extérieur, bloquant la planète sur le bord intérieur. Tous les océans qu'il avait autrefois se sont évaporés dans une atmosphère épaisse.

D'autres correspondances possibles peuvent entourer Gliese 581, une étoile naine rouge qui se trouve à 20 années-lumière de la Terre. Jusqu'à cinq planètes peuvent orbiter autour de cette étoile, et trois d'entre elles peuvent être des super-Terres dans la zone habitable de l'étoile. Gliese 581c orbite près du bord intérieur de la zone. Il peut tourner suffisamment près de l'étoile pour souffrir d'un effet de serre galopant comme celui de Vénus.

Les deux autres planètes - Gliese 581d et Gliese 581g - peuvent être plus semblables à la Terre, mais les astronomes ne sont même pas sûrs qu'elles existent. Les deux mondes ont été détectés par plusieurs équipes, mais d'autres chercheurs n'ont pas réussi à les confirmer. S'ils étaient réels, ils seraient sur la liste restreinte pour la plupart des planètes semblables à la Terre.

Des nuages ​​dans le ciel de Kepler-438b cachent son hôte nain rouge. La planète se trouve suffisamment près de son étoile active pour être exposée à des éruptions stellaires massives. S'il n'a pas de champ magnétique, le Kepler-438b subit probablement des niveaux de rayonnement mortels.

Gliese 581g semble orbiter à seulement 0,13 unité astronomique (AU; 1 AU est la distance moyenne Terre-Soleil) de l'étoile. Mais parce que la naine rouge est faible, la planète reçoit à peu près la même quantité d'énergie que la Terre en provenance du Soleil. Sa masse ne doit pas dépasser 2,2 terres, ce qui la qualifie à peine pour le statut de super-Terre. La planète orbite suffisamment près de son soleil pour être verrouillée en permanence, gardant toujours le même visage vers l'étoile. En fonction de sa composition atmosphérique et de sa surface, il peut s'agir d'un monde stérile, semblable à Vénus, ou riche en eau.

S'il a une pression atmosphérique similaire à celle de la Terre, le globe pourrait être recouvert d'une épaisse croûte de glace. Mais si l'air contient suffisamment de gaz à effet de serre comme le dioxyde de carbone, les températures pourraient être sensiblement plus chaudes. Le monde verrouillé par la marée pourrait développer un océan permanent sur l'hémisphère face à l'étoile, où les températures seraient similaires à celles des tropiques de la Terre.

Le Gliese 581d semble être beaucoup plus lourd, avec peut-être jusqu'à 7 masses terrestres. La prétendue taille de cette planète a amené les astronomes à ajouter une nouvelle classe aux exoplanètes: la méga-Terre. Le monde orbite apparemment autour de son étoile avec une période de 67 jours, la plaçant près du bord extérieur de la zone habitable.

Le règne de gloire de Kepler

À une distance de 620 années-lumière, l'étoile semblable au soleil Kepler-22 héberge Kepler-22b. La planète a été le premier monde de zone habitable découvert par le vaisseau spatial Kepler.

Avec un diamètre d'environ 2,4 fois celui de la Terre, elle a une densité similaire à la roche, ce qui signifie qu'elle peut être terrestre. Kepler-22b pourrait également avoir une atmosphère assez dense et, comme il orbite dans la région intérieure de la zone habitable de son étoile, le climat peut ressembler plus à Vénus qu'à la Terre. Mais la rotation de la planète et la couverture nuageuse pourraient y modérer les conditions. Certains modèles récents indiquent une température de surface oscillant autour d'un confortable 72 F (22 C).

Plus loin dans la galaxie, à une distance d'environ 1 200 années-lumière, Kepler-62 possède cinq planètes confirmées. Deux d'entre eux résident dans la zone habitable de l'étoile naine orange hôte. Les deux sont environ 1,5 fois plus grands que la Terre, ce qui les place à la frontière entre la Terre et la super-Terre.

Des études indiquent que l'eau recouvre probablement Kepler-62e dans un océan mondial profond. Et bien que le frère Kepler-62f puisse également avoir une grande composante d'eau, il se trouve suffisamment loin dans la zone habitable pour que la surface soit gelée, au moins aux pôles. Ce dernier monde peut avoir une atmosphère plus dense que celle de la Terre, peut-être similaire à - mais plus froide que - celle de Vénus.

À quelque 22 années-lumière de la Terre se trouve le système à trois étoiles Gliese 667. Deux des membres sont des naines oranges de type K un peu plus froides que le Soleil, tandis que la troisième est une naine rouge encore plus froide. Les deux étoiles de type K sont en orbite l'une autour de l'autre; la naine rouge, Gliese 667C, les entoure tous les deux à une distance de 230 UA. Gliese 667C semble avoir au moins trois planètes à proximité de sa zone habitable.

Le plus fascinant d'entre eux est peut-être le Gliese 667Cc, qui a une masse inférieure à quatre fois celle de la Terre. Cette planète extraterrestre peut être une terre rocheuse, bien que certains chercheurs pensent qu'elle peut être un sous-Neptune. Le monde fait le tour de son soleil à une vitesse vertigineuse, terminant un circuit en seulement 28 jours.

Mais parce que Gliese 667C est une naine rouge, le monde est suffisamment éloigné pour que de l'eau liquide puisse exister à sa surface. Gliese 667Cc recueille environ 90 pour cent de la lumière et de la chaleur que la Terre reçoit du Soleil. Et comme avec n'importe quelle grande planète dans une zone habitable, elle peut avoir des lunes avec des environnements assez similaires à la Terre.

L'une des planètes les plus semblables à la Terre jamais découvertes est un monde avec un rayon 12 pour cent plus grand que le nôtre. Kepler-438b orbite dans la zone habitable d'une naine rouge, effectuant un circuit tous les 35 jours. Si Kepler-438b est de nature terrestre, sa masse serait d'environ 1,4 fois celle de la Terre. Les températures de surface sur ce monde varieraient probablement de 32 à 140 F (0 à 60 C).

La planète souffre de l'inconvénient d'orbiter suffisamment près de son étoile parente pour ressentir les retombées de l'une des fusées éclairantes stellaires qui sont si communes aux naines rouges. En fait, les observateurs ont vu Kepler-438 libérer du rayonnement et du plasma tous les quelques centaines de jours. Mais si le Kepler-438b a un fort champ magnétique, sa surface pourrait toujours être hospitalière.

Les astronomes ont découvert une variété d'exoplanètes dans la zone habitable de leur étoile hôte. Le domaine semble mûr pour la découverte de mondes aux biomes florissants au-delà du nôtre. La recherche de formes de vie sur Terre de soleils lointains sera difficile, mais la détection d'un nouveau monde vivant changerait à jamais nos visions de la biologie, du développement planétaire et de la fréquence de la vie dans l'univers.

Source: http://www.astronomy.com/ 
Lien: http://www.astronomy.com/magazine/2019/10/the-hunt-for-earths-bigger-cousins?utm_source=asyfb&utm_medium=social&utm_campaign=asyfb&fbclid=IwAR1A6zNqWwGnoqtlPdAj9QwdTy131zFjCi_kknNmdQetsD9qwUTmUEFbpr8