Que sont les super-terres? (Acte II)

Catégorie: Exoplanètes

J’avais récemment parlé des super terres (ici, et ), ces astres à la fois très nombreux mais encore mal compris par les astronomes. Les études statistiques mettent en évidence trois groupes distincts de planètes de petite taille:

  • Les planètes plus petites que 1.7 Rt sont essentiellement rocheuses, ce sont les planètes telluriques.
  • Les planètes de plus de 1.7 Rt et moins de 3.9 Rt, surnommées naines gazeuses ou mini neptunes, sont entourées d’une large mais légères enveloppe gazeuse.
  • Les planètes de plus de 3.9 Rt sont des géantes de gaz et de gaz comme Uranus et Neptune ou GJ 436 b.

La dernière étude en date situe ces différentes populations autour d’étoiles de compositions différentes, sous entendant un mode de formation semblable mais dans un environnement plus ou moins riche en éléments lourds, donnant naissance a des planètes plus ou moins massives, capables de retenir une atmosphère plus ou moins épaisse. A l’extrémité de cette tendance on trouve les jupiters chaudes, des planètes avec un noyau rocheux très massif entouré d’une atmosphère elle aussi très massive et que l’on trouve essentiellement autour d’étoiles très riches en éléments lourds.

Nombre de planètes d'une certaine taille (en haut) et métallicité d'une étoile (en bas) en fonction de la taille des planètes. Lars A. Buchhave et al. 2014

Nombre de planètes d’une certaine taille (en haut) et métallicité d’une étoile (en bas) en fonction de la taille des planètes. Lars A. Buchhave et al. 2014

Pourtant, une planète ne rentre pas dans ces tendances. Kepler-10 c est connue depuis 2011 comme la sœur de Kepler-10 b, la première exoplanète tellurique confirmée. Son rayon de 2.3 Rt la classerait parmi les « naines gazeuses » mais sa masse n’ayant pas été mesurée avec précision, sa composition interne restait spéculative. Des astronomes ont pu mesurer sa masse grâce à l’instrument HARPS-N: 17 masses terrestres. La masse maximale pour une naine gazeuse est estimée à 9 Mt, ici c’est presque le double ce qui paradoxalement la place parmi les planètes neptuniennes. Sa densité exceptionnelle la placerait-elle parmi les planètes telluriques!

Vue d’artiste de Kepler-10 c, la première neptune solide connue. Le petit disque rouge est la première planète du système, Kepler-10 b. Crédit: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics/David Aguilar.

Les médias parlent de méga terre ou de planète Godzilla. Les scientifiques se bornent à l’expression plus modeste de neptune solide. Quoi qu’il en soit, c’est une nouvelle variété d’exoplanète qui a été mise en évidence. D’autres astres dont la masse a été mesurée avec une précision moins bonne (comme Kepler-131 b) pourraient en faire partie. La formation d’un tel monstre pourrait remettre en question les modèles de formation planétaire, car un  noyau aussi lourd devrait amasser une atmosphère beaucoup plus consistante. On pourrait penser que Kepler-10 c a perdu son atmosphère avec le temps mais non, elle est bien trop éloignée de son soleil pour cela.

Tout en bousculant les conventions, la découverte de cet astre est une bonne nouvelle, et cela pour deux raisons. La première est que au moins certaines super-terres plus grosses que 1.7 Rt pourraient être telluriques, un espoir pour beaucoup de planètes potentiellement habitables recensées. La deuxième est que cette découverte démontre qu’une étoile aussi ancienne et pauvre en éléments lourds que Kepler-10 avait assez de roches dans son disque protoplanétaire pour former cette gigantesque planète. Ainsi, même les étoiles les plus anciennes de la galaxie pourraient former des planètes telluriques.

Quand aux super terres les plus anciennes connues, leur découverte vient d’être rendue publique. Âgées de 11.5 milliards d’années, Kapteyn b et c orbitent une sous-naine rouge, un type d’astre dont l’extrême carence en métaux affecte les caractéristiques physiques de l’étoile: elle est plus compacte et plus chaude qu’une étoile de la même masse plus riche en éléments lourds.

Vue d’artiste du système planétaire de l’étoile de Kapteyn. Les anneau autour de Kapteyn c sont purement spéculatifs. Crédit: Guillem Anglada-Escude, University of London

Kapteyn b, 5 fois plus massive que la Terre, se trouve dans la zone habitable de son étoile, ce qui en fait la planète potentiellement habitable la plus ancienne connue à ce jour (2.5 fois plus ancienne que la Terre).  Certains scientifiques doutent de l’habitabilité de planètes aussi massives en raison de leur tendance a posséder une atmosphère épaisse. Mais la découverte citée précédemment laisse planer le doute.

Omega Centauri, un amas globulaire atypique. Crédit: ESO/INAF-VST/OmegaCAM

Cerise sur le gâteau, l’étoile de Kapteyn fait partie du courant d’étoiles du même nom. Elles ont en commun une orbite rétrograde autour du centre de la Galaxie et une composition semblable à celle de l’amas globulaire omega Centauri dont elles sont sans doute issues. Or cet amas est atypique et tout semble indiquer qu’il s’agit du noyau mis à nu d’une galaxie naine autrefois dévorée par la voie lactée, ce qui ferait de Kapteyn b et c les premières exoplanètes originaires d’une autre galaxie confirmées.

    Références

  1. Three regimes of extrasolar planets inferred from host star metallicities (Lars A. Buchhave at al. 2014)
  2. The Kepler-10 planetary system revisited by HARPS-N: A hot rocky world and a solid Neptune-mass planet (Xavier Dumusque et al. 2014)
  3. Two planets around Kapteyn’s star : a cold and a temperate super-Earth orbiting the nearest halo red-dwarf (Guillem Anglada-Escudé et al. 2014)

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