Exoplanètes : Kepler aurait découvert des exosaturnes

Les exoplanètes super-enflées (en anglais, super-puff) seraient un nouveau type d'exoplanète avec une densité inférieure à celle de l'eau. Mais il se pourrait que le rayon de ces astres, pour une même masse, ait été surestimé parce que l'on n'avait pas compris qu'elles étaient entourées d'anneaux comme Saturne.

Le satellite Kepler a achevé sa mission de détection des exoplanètes par la méthode des transits et le relais a été pris par Tess, toujours sous l'égide de la Nasa. Les astrophysiciens n'en continuent pas moins à dépouiller les données de Kepler qui leur ont notamment signalé l'existence possible et intrigante des exoplanètes super-enflées (en anglais, super-puff). Il s'agirait d'un type d'exoplanète dont la masse n'est que quelques fois celle de la Terre mais dont le rayon est plus grand que celui de Neptune, ce qui leur donne une densité inférieure à celle de l'eau, en dessous 0,3 g/cm³.

Même Saturne, qui est pourtant la planète la moins dense du Système solaire, les surclasse avec une densité de 0,6873 g/cm³. Plusieurs hypothèses ont donc été avancées pour rendre compte de l'existence de tels astres et la dernière vient d'être proposée dans un article publié dans The Astronomical Journal (mais disponible sur arXiv) par Anthony Piro de la Carnegie Institution for Science et Shreyas Vissapragada du célèbre Caltech, là où ont enseigné plusieurs prix Nobel de légende comme Richard Feynman, Murray Gell-Man et actuellement Kip Thorne.

Les deux chercheurs proposent tout simplement qu'au moins certaines des exoplanètes super-enflées n'existent tout simplement pas mais qu'à la place, on a observé sans le réaliser immédiatement des exosaturnes, si l'on peut dire car après tout, Jupiter, Uranus et Neptune ont aussi des anneaux bien que nettement moins spectaculaires.

Les méthodes de détection des exoplanètes se sont largement diversifiées depuis les années 1990. Elles peuvent se classer en deux grandes catégories, les méthodes directes et les méthodes indirectes. Les trois méthodes principales sont la méthode directe d’imagerie, la méthode indirecte du transit et la méthode indirecte de la vitesse radiale. © CEA Recherche

Pour comprendre leur raisonnement, il faut se souvenir qu'il y a essentiellement deux méthodes principales pour détecter des exoplanètes, celle du transit planétaire et celle des vitesses radiales comme l'explique la vidéo du CEA ci-dessus.

Kepler utilisait celle du transit planétaire, c'est-à-dire le passage répété d'une exoplanète devant son étoile hôte, ce qui produit un petit creux périodique dans la courbe de lumière de l'étoile, à savoir une légère baisse de l'intensité lumineuse mesurée. On peut, de cette manière, obtenir le rayon de l'exoplanète.

Des densités sous-estimées à cause de rayons surestimés

L'autre méthode consiste à mesurer les variations de vitesse par l'effet Doppler sur le décalage spectral d'une étoile en mouvement en réponse à l'attraction d'une exoplanète proche. Cette méthode permet d'estimer la masse de l'exoplanète et en particulier, plutôt précisément, si l'exoplanète effectue un transit -- la masse estimée dépend du sinus de l'inclinaison de la normale du plan orbital de la planète par rapport à l'axe de visée, quand cet angle est de 90 °, le sinus vaut 1, c'est le cas d'un transit idéal et l'on obtient donc la masse sans ambiguité.

En disposant d'une masse précise et d'un rayon qui l'est tout autant, on peut déterminer une densité, cela renseigne sur la composition d'une exoplanète et nous dit si l'on est en présence d'une planète rocheuse, d'une géante gazeuse, voire d'une planète océan. Anthony Piro et Shreyas Vissapragada sont partis de l'hypothèse que le rayon des exoplanètes super-enflées avait été surestimé parce que l'on n'avait pas compris qu'elles étaient entourées d'anneaux comme Saturne. Pour tester leur hypothèse, les chercheurs ont conduit des simulations de transit pour voir s'il était vraiment possible ensuite, en comparant les résultats calculés aux observations, de rendre compte de celles concernant des exoplanètes comme Kepler 51b, 51c, 51d, et 79d ou Kepler 87c et 177c.

Anthony Piro a commenté les conclusions de son travail avec son collègue en ces termes : « Ces planètes ont tendance à orbiter à proximité de leurs étoiles hôtes, ce qui signifie que les anneaux devraient être composés de particules rocheuses plutôt que glacées. Mais les rayons de ces anneaux rocheux ne peuvent être aussi grands, à moins que la roche des particules ne soit très poreuse, or toutes les super-enflées ne correspondent pas facilement à ces contraintes ».

Selon Piro et Vissapragada, trois super-enflées sont de particulièrement bonnes candidates pour être des sortes d'exosaturne, Kepler 87c et 177c, ainsi que HIP 41378f qui possède peut-être une exolune. Il est vraiment difficile de rendre compte des exoplanètes de Kepler 51 avec des anneaux par contre, sauf, on l'a dit, si les particules rocheuses sont poreuses.

Comment vraiment tester ce scénario par rapport aux autres ? Pour les deux chercheurs, on ne pourra pas tant que le James Webb Space Telescope ne sera pas en orbite.

Source: https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/astronomie-exoplanetes-kepler-aurait-decouvert-exosaturnes-36076/?fbclid=IwAR2cPUu57uJlpneivIylI4mcrmBz64TOmUqr-ReKlskDHRpG91hKoL4uqgg#utm_content=futura&utm_medium=social&utm_source=facebook.com&utm_campaign=futura

Exoplanètes : Kepler aurait découvert des exosaturnes

Les exoplanètes super-enflées (en anglais, super-puff) seraient un nouveau type d'exoplanète avec une densité inférieure à celle de l'eau. Mais il se pourrait que le rayon de ces astres, pour une même masse, ait été surestimé parce que l'on n'avait pas compris qu'elles étaient entourées d'anneaux comme Saturne.

Le satellite Kepler a achevé sa mission de détection des exoplanètes par la méthode des transits et le relais a été pris par Tess, toujours sous l'égide de la Nasa. Les astrophysiciens n'en continuent pas moins à dépouiller les données de Kepler qui leur ont notamment signalé l'existence possible et intrigante des exoplanètes super-enflées (en anglais, super-puff). Il s'agirait d'un type d'exoplanète dont la masse n'est que quelques fois celle de la Terre mais dont le rayon est plus grand que celui de Neptune, ce qui leur donne une densité inférieure à celle de l'eau, en dessous 0,3 g/cm³.

Même Saturne, qui est pourtant la planète la moins dense du Système solaire, les surclasse avec une densité de 0,6873 g/cm³. Plusieurs hypothèses ont donc été avancées pour rendre compte de l'existence de tels astres et la dernière vient d'être proposée dans un article publié dans The Astronomical Journal (mais disponible sur arXiv) par Anthony Piro de la Carnegie Institution for Science et Shreyas Vissapragada du célèbre Caltech, là où ont enseigné plusieurs prix Nobel de légende comme Richard Feynman, Murray Gell-Man et actuellement Kip Thorne.

Les deux chercheurs proposent tout simplement qu'au moins certaines des exoplanètes super-enflées n'existent tout simplement pas mais qu'à la place, on a observé sans le réaliser immédiatement des exosaturnes, si l'on peut dire car après tout, Jupiter, Uranus et Neptune ont aussi des anneaux bien que nettement moins spectaculaires.

Les méthodes de détection des exoplanètes se sont largement diversifiées depuis les années 1990. Elles peuvent se classer en deux grandes catégories, les méthodes directes et les méthodes indirectes. Les trois méthodes principales sont la méthode directe d’imagerie, la méthode indirecte du transit et la méthode indirecte de la vitesse radiale. © CEA Recherche

Pour comprendre leur raisonnement, il faut se souvenir qu'il y a essentiellement deux méthodes principales pour détecter des exoplanètes, celle du transit planétaire et celle des vitesses radiales comme l'explique la vidéo du CEA ci-dessus.

Kepler utilisait celle du transit planétaire, c'est-à-dire le passage répété d'une exoplanète devant son étoile hôte, ce qui produit un petit creux périodique dans la courbe de lumière de l'étoile, à savoir une légère baisse de l'intensité lumineuse mesurée. On peut, de cette manière, obtenir le rayon de l'exoplanète.

Des densités sous-estimées à cause de rayons surestimés

L'autre méthode consiste à mesurer les variations de vitesse par l'effet Doppler sur le décalage spectral d'une étoile en mouvement en réponse à l'attraction d'une exoplanète proche. Cette méthode permet d'estimer la masse de l'exoplanète et en particulier, plutôt précisément, si l'exoplanète effectue un transit -- la masse estimée dépend du sinus de l'inclinaison de la normale du plan orbital de la planète par rapport à l'axe de visée, quand cet angle est de 90 °, le sinus vaut 1, c'est le cas d'un transit idéal et l'on obtient donc la masse sans ambiguité.

En disposant d'une masse précise et d'un rayon qui l'est tout autant, on peut déterminer une densité, cela renseigne sur la composition d'une exoplanète et nous dit si l'on est en présence d'une planète rocheuse, d'une géante gazeuse, voire d'une planète océan. Anthony Piro et Shreyas Vissapragada sont partis de l'hypothèse que le rayon des exoplanètes super-enflées avait été surestimé parce que l'on n'avait pas compris qu'elles étaient entourées d'anneaux comme Saturne. Pour tester leur hypothèse, les chercheurs ont conduit des simulations de transit pour voir s'il était vraiment possible ensuite, en comparant les résultats calculés aux observations, de rendre compte de celles concernant des exoplanètes comme Kepler 51b, 51c, 51d, et 79d ou Kepler 87c et 177c.

Anthony Piro a commenté les conclusions de son travail avec son collègue en ces termes : « Ces planètes ont tendance à orbiter à proximité de leurs étoiles hôtes, ce qui signifie que les anneaux devraient être composés de particules rocheuses plutôt que glacées. Mais les rayons de ces anneaux rocheux ne peuvent être aussi grands, à moins que la roche des particules ne soit très poreuse, or toutes les super-enflées ne correspondent pas facilement à ces contraintes ».

Selon Piro et Vissapragada, trois super-enflées sont de particulièrement bonnes candidates pour être des sortes d'exosaturne, Kepler 87c et 177c, ainsi que HIP 41378f qui possède peut-être une exolune. Il est vraiment difficile de rendre compte des exoplanètes de Kepler 51 avec des anneaux par contre, sauf, on l'a dit, si les particules rocheuses sont poreuses.

Comment vraiment tester ce scénario par rapport aux autres ? Pour les deux chercheurs, on ne pourra pas tant que le James Webb Space Telescope ne sera pas en orbite.

Source: https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/astronomie-exoplanetes-kepler-aurait-decouvert-exosaturnes-36076/?fbclid=IwAR3paejsQcNFKp-Op2oxEH1qz9Ty7jZReI5iwwLr1F7qEAcDg8JhGRbOYA4#utm_content=futura&utm_medium=social&utm_source=facebook.com&utm_campaign=futura