Une étude apporte un nouvel éclairage sur d’étranges mondes de lave

À ce jour, près de 50 % de toutes les exoplanètes rocheuses découvertes jusqu’à présent se sont révélées capables de maintenir du magma à leur surface, probablement parce que ces planètes sont si proches de leur étoile hôte qu’elles gravitent en moins de 10 jours. Cette proximité provoque le bombardement de la planète par des conditions météorologiques difficiles et force les températures de surface à l’extrême, la rendant pratiquement inhospitalière à la vie telle que nous la connaissons aujourd’hui.

Aujourd’hui, dans une nouvelle étude, les scientifiques ont montré que ces océans en fusion ont une grande influence sur les propriétés observées des super-Terres rocheuses chaudes, telles que leur taille et leur chemin évolutif.

Leurs recherches, publiées récemment dans Le journal d’astrophysiquea découvert qu’en raison de la nature extrêmement compressible de la lave, les océans de magma peuvent rendre les planètes riches en lave sans atmosphère légèrement plus denses que les planètes solides de taille similaire et avoir un impact sur la structure de leur manteau, l’épaisse couche interne qui entoure le noyau d’une planète.

Même ainsi, étant donné que ces objets sont notoirement sous-étudiés, il peut être difficile de caractériser le fonctionnement fondamental des planètes de lave, a déclaré Kiersten Boley, auteur principal de l’étude et étudiant diplômé en astronomie à l’Ohio State University.

“Les mondes de lave sont des choses très étranges et très intéressantes et en raison de la façon dont nous détectons les exoplanètes, nous sommes plus enclins à les trouver”, a déclaré Boley, dont les recherches visent à comprendre quels ingrédients essentiels rendent les exoplanètes uniques et comment modifier ces éléments, ou dans le cas des mondes de lave, leurs températures peuvent les changer complètement.

L’un des mondes en feu mystérieux les plus connus est 55 Cancri e, une exoplanète située à environ 41 années-lumière de nous, que les scientifiques décrivent comme abritant à la fois un ciel étincelant et des mers de lave bouillonnantes.

Bien qu’il existe des objets dans notre système solaire, tels que la lune Io de Jupiter, qui sont extrêmement volcaniquement actifs, il n’existe pas de véritables planètes de lave dans notre partie du cosmos que les scientifiques peuvent étudier de près et personnellement. Cependant, étudier comment la composition des océans de magma contribue à l’évolution d’autres planètes, par exemple pendant combien de temps ils restent en fusion et pour quelles raisons ils finissent par se refroidir, peut offrir des indices sur l’histoire ardente de la Terre, a déclaré Boley.

“Lorsque les planètes se forment initialement, en particulier les planètes terrestres rocheuses, elles traversent une étape océanique de magma pendant leur refroidissement”, a déclaré Boley. “Les mondes de lave peuvent donc nous donner un aperçu de ce qui a pu se produire dans l’évolution de presque toutes les planètes telluriques.”

En utilisant le logiciel de modélisation intérieure d’exoplanètes Exoplex et les données collectées lors d’études précédentes pour construire un module comprenant des informations sur plusieurs types de compositions magmatiques, les chercheurs ont simulé plusieurs scénarios d’évolution d’une planète semblable à la Terre avec des températures de surface comprises entre 2 600 et 3 860 degrés Fahrenheit. le point de fusion auquel le manteau solide de la planète se transformerait en liquide.

À partir des modèles qu’ils ont créés, l’équipe a pu discerner que les manteaux des planètes océaniques magmatiques peuvent prendre l’une des trois formes suivantes : la première dans laquelle tout le manteau est complètement fondu, la seconde où un océan magmatique se trouve à la surface et une troisième modèle sandwich qui consiste en un océan de magma à la surface, une couche de roche solide au milieu et une autre couche de magma en fusion la plus proche du noyau de la planète.

Les résultats suggèrent que les deuxième et troisième formes sont légèrement plus courantes que les planètes complètement en fusion. Selon la composition des océans magmatiques, certaines exoplanètes sans atmosphère sont plus efficaces que d’autres pour piéger les éléments volatils – des composés tels que l’oxygène et le carbone nécessaires à la formation des premières atmosphères – pendant des milliards d’années.

Par exemple, l’étude note qu’une planète de classe magma basale, 4 fois plus massive que la Terre, peut piéger plus de 130 fois la masse d’eau que celle des océans de la Terre aujourd’hui, et environ 1 000 fois la quantité de carbone actuellement présente à la surface de la planète. et la croûte.

“Lorsque nous parlons de l’évolution d’une planète et de son potentiel à contenir différents éléments dont vous auriez besoin pour soutenir la vie, la capacité de piéger de nombreux éléments volatils dans leur manteau pourrait avoir de plus grandes implications sur l’habitabilité”, a déclaré Boley.

Les planètes de lave sont loin d’être suffisamment habitables pour accueillir la vie, mais il est important de comprendre les processus qui aident ces mondes à y arriver. Néanmoins, cette étude montre clairement que mesurer leur densité n’est pas exactement le meilleur moyen de caractériser ces mondes lorsqu’on les compare à des exoplanètes solides, car un océan de magma n’augmente ni ne diminue de manière significative la densité de sa planète, a déclaré Boley.

Au lieu de cela, leurs recherches révèlent que les scientifiques devraient se concentrer sur d’autres paramètres terrestres, tels que les fluctuations de la gravité à la surface d’une planète, pour tester leurs théories sur le fonctionnement des mondes de lave chaude, en particulier si les futurs chercheurs envisagent d’utiliser leurs données pour contribuer à des études planétaires plus vastes.

“Ce travail, qui combine les sciences de la Terre et l’astronomie, ouvre de nouvelles questions passionnantes sur les mondes de lave”, a déclaré Boley.

L’étude a été soutenue par la National Science Foundation. Les autres co-auteurs sont Wendy Panero, Joseph Schulze, Romy Martinez et Ji Wang, tous originaires de l’État de l’Ohio, ainsi que Cayman Unterborn du Southwest Research Institute.