Hubble voit la planète s’évaporer avoir le hoquet

Mais au cours d’une orbite observée avec le télescope spatial Hubble de la NASA, la planète semblait ne perdre aucun matériau, tandis qu’une orbite observée avec Hubble un an et demi plus tard montrait des signes clairs de perte atmosphérique.

Cette extrême variabilité entre les orbites a choqué les astronomes. “Nous n’avons jamais vu l’évasion atmosphérique passer de complètement indétectable à très détectable sur une période aussi courte lorsqu’une planète passe devant son étoile”, a déclaré Keighley Rockcliffe du Dartmouth College à Hanover, New Hampshire. “Nous nous attendions vraiment à quelque chose de très prévisible, reproductible. Mais ça s’est avéré bizarre. Quand j’ai vu ça pour la première fois, j’ai pensé : « Ça ne peut pas être vrai. »”

Rockcliffe était également perplexe de voir, alors qu’elle était détectable, l’atmosphère de la planète gonfler devant la planète, comme un phare sur un train à grande vitesse. “Cette observation franchement étrange est une sorte de test de résistance pour la modélisation et la physique de l’évolution planétaire. Cette observation est tellement cool parce que nous allons sonder cette interaction entre l’étoile et la planète qui est vraiment à l’extrême. ,” dit-elle.

Située à 32 années-lumière de la Terre, l’étoile mère AU Microscopii (AU Mic) héberge l’un des systèmes planétaires les plus jeunes jamais observés. L’étoile a moins de 100 millions d’années (une infime fraction de l’âge de notre Soleil, qui est de 4,6 milliards d’années). La planète la plus interne, AU Mic b, a une période orbitale de 8,46 jours et se trouve à seulement 10 millions de kilomètres de l’étoile (environ 1/10e de la distance de la planète Mercure à notre Soleil). Le monde gonflé et gazeux fait environ quatre fois le diamètre de la Terre.

AU Mic b a été découvert par les télescopes spatiaux Spitzer et TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) de la NASA en 2020. Il a été repéré avec la méthode de transit, ce qui signifie que les télescopes peuvent observer une légère baisse de la luminosité de l’étoile lorsque la planète passe devant elle.

Les naines rouges comme AU Microscopii sont les étoiles les plus abondantes de notre galaxie, la Voie lactée. Ils devraient donc héberger la majorité des planètes de notre galaxie. Mais les planètes en orbite autour d’étoiles naines rouges comme AU Mic b peuvent-elles être hospitalières pour la vie ? Un défi majeur est que les jeunes naines rouges ont des éruptions stellaires féroces qui émettent un rayonnement dévastateur. Cette période de haute activité dure beaucoup plus longtemps que celle d’étoiles comme notre Soleil.

Les fusées éclairantes sont alimentées par des champs magnétiques intenses qui s’emmêlent dans les mouvements tourbillonnants de l’atmosphère stellaire. Lorsque l’enchevêtrement devient trop intense, les champs se brisent et se reconnectent, libérant d’énormes quantités d’énergie qui sont 100 à 1 000 fois plus énergétiques que ce que notre Soleil libère dans ses explosions. C’est un feu d’artifice fulgurant de vents torrentiels, d’éruptions et de rayons X qui font exploser toutes les planètes en orbite près de l’étoile. “Cela crée un environnement éolien stellaire vraiment sans contrainte et franchement effrayant qui a un impact sur l’atmosphère de la planète”, a déclaré Rockcliffe.

Dans ces conditions torrides, les planètes qui se forment au cours des 100 premiers millions d’années suivant la naissance de l’étoile devraient connaître le plus grand nombre d’échappements atmosphériques. Cela pourrait finir par vider complètement une planète de son atmosphère.

“Nous voulons découvrir quels types de planètes peuvent survivre dans ces environnements. À quoi ressembleront-elles finalement lorsque l’étoile se sera installée ? Et y aura-t-il une chance d’habitabilité à terme, ou finiront-elles par être simplement des planètes brûlées ?” dit Rockcliffe. “Est-ce qu’ils finissent par perdre la plupart de leurs atmosphères et que leurs noyaux survivants deviennent des super-Terres? Nous ne savons pas vraiment à quoi ressemblent ces compositions finales car nous n’avons rien de tel dans notre système solaire.”

Alors que l’éblouissement de l’étoile empêche Hubble de voir directement la planète, le télescope peut mesurer les changements dans la luminosité apparente de l’étoile causés par le saignement d’hydrogène de la planète et l’atténuation de la lumière de l’étoile lorsque la planète transite par l’étoile. Cet hydrogène atmosphérique a été chauffé au point d’échapper à la gravité de la planète.

Les changements jamais vus auparavant dans le débit atmosphérique de AU Mic b peuvent indiquer une variabilité rapide et extrême des explosions de la naine rouge hôte. Il y a tellement de variabilité parce que l’étoile a beaucoup de lignes de champ magnétique en mouvement. Une explication possible de l’hydrogène manquant lors de l’un des transits de la planète est qu’une puissante éruption stellaire, vue sept heures auparavant, peut avoir photoionisé l’hydrogène qui s’échappe au point où il est devenu transparent à la lumière et n’était donc pas détectable.

Une autre explication est que le vent stellaire lui-même façonne l’écoulement planétaire, le rendant observable à certains moments et non observable à d’autres moments, provoquant même un « hoquet » d’une partie de l’écoulement devant la planète elle-même. Ceci est prédit dans certains modèles, comme ceux de John McCann et Ruth Murray-Clay de l’Université de Californie à Santa Cruz, mais c’est le premier type de preuve observationnelle de ce qui se passe et à un degré aussi extrême, disent les chercheurs.

Les observations de suivi de Hubble de plus de transits AU Mic b devraient offrir des indices supplémentaires sur la variabilité étrange de l’étoile et de la planète, testant davantage les modèles scientifiques d’évasion et d’évolution atmosphériques exoplanétaires.

Vidéo: https://youtu.be/9eAxR_5iGwU