Un an sur cette planète géante et brûlante ne dure que 16 heures

Parmi les planètes les plus déconcertantes découvertes à ce jour figurent les “Jupiters chauds” – des boules de gaz massives qui ont à peu près la taille de notre propre planète jovienne mais qui tournent autour de leurs étoiles en moins de 10 jours, contrairement à la lenteur de Jupiter, 12 ans orbite. Les scientifiques ont découvert environ 400 Jupiter chauds à ce jour. Mais exactement comment ces tourbillons de poids sont apparus reste l’un des plus grands mystères non résolus de la science planétaire.

Aujourd’hui, les astronomes ont découvert l’un des Jupiter ultra-chauds les plus extrêmes – une géante gazeuse d’environ cinq fois la masse de Jupiter et qui tourne autour de son étoile en seulement 16 heures. L’orbite de la planète est la plus courte de toutes les géantes gazeuses connues à ce jour.

En raison de son orbite extrêmement étroite et de sa proximité avec son étoile, le côté jour de la planète est estimé à environ 3 500 Kelvin, soit près de 6 000 degrés Fahrenheit, soit à peu près aussi chaud qu’une petite étoile. Cela fait de la planète, désignée TOI-2109b, la deuxième plus chaude détectée à ce jour.

À en juger par ses propriétés, les astronomes pensent que le TOI-2109b est en train de “se désintégrer en orbite”, ou de tourner en spirale vers son étoile, comme l’eau du bain entourant le drain. Son orbite extrêmement courte devrait faire tourner la planète vers son étoile plus rapidement que les autres Jupiters chauds.

La découverte, qui a été faite initialement par le Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) de la NASA, une mission dirigée par le MIT, présente une opportunité unique pour les astronomes d’étudier le comportement des planètes lorsqu’elles sont attirées et avalées par leur étoile.

“Dans un ou deux ans, si nous avons de la chance, nous pourrons peut-être détecter comment la planète se rapproche de son étoile”, explique Ian Wong, auteur principal de la découverte, qui était postdoctorant au MIT pendant l’étude et qui depuis transféré au centre de vol spatial Goddard de la NASA. “De notre vivant, nous ne verrons pas la planète tomber dans son étoile. Mais donnez-lui encore 10 millions d’années, et cette planète pourrait ne plus être là.”

La découverte est rapportée aujourd’hui dans le Journal astronomique et est le résultat du travail d’une large collaboration qui comprenait des membres de l’équipe scientifique TESS du MIT et des chercheurs du monde entier.

Voie de transit

Le 13 mai 2020, le satellite TESS de la NASA a commencé à observer TOI-2109, une étoile située dans la partie sud de la constellation d’Hercule, à environ 855 années-lumière de la Terre. L’étoile a été identifiée par la mission comme le 2 109e “objet d’intérêt TESS”, pour la possibilité qu’elle puisse héberger une planète en orbite.

Pendant près d’un mois, le vaisseau spatial a collecté des mesures de la lumière de l’étoile, que l’équipe scientifique de TESS a ensuite analysées pour les transits – des baisses périodiques de la lumière des étoiles qui pourraient indiquer une planète passant devant et bloquant brièvement une petite fraction de la lumière de l’étoile. Les données de TESS ont confirmé que l’étoile héberge bel et bien un objet qui transite environ toutes les 16 heures.

L’équipe a informé la communauté astronomique au sens large, et peu de temps après, plusieurs télescopes au sol ont suivi au cours de l’année suivante pour observer l’étoile de plus près sur une gamme de bandes de fréquences. Ces observations, combinées à la détection initiale de TESS, ont confirmé que l’objet en transit était une planète en orbite, désignée TOI-2109b.

“Tout était cohérent avec le fait qu’il s’agissait d’une planète, et nous avons réalisé que nous avions quelque chose de très intéressant et relativement rare”, explique le co-auteur de l’étude, Avi Shporer, chercheur à l’Institut Kavli d’astrophysique et de recherche spatiale du MIT.

Jour et nuit

En analysant les mesures sur diverses longueurs d’onde optiques et infrarouges, l’équipe a déterminé que le TOI-2109b est environ cinq fois plus massif que Jupiter, environ 35 % plus grand et extrêmement proche de son étoile, à une distance d’environ 2,5 millions de kilomètres. Mercure, en comparaison, se trouve à environ 36 millions de kilomètres du Soleil.

L’étoile de la planète est environ 50% plus grande en taille et en masse par rapport à notre Soleil. D’après les propriétés observées du système, les chercheurs ont estimé que TOI-2109b se dirigeait vers son étoile à un rythme de 10 à 750 millisecondes par an, plus rapidement que n’importe quel Jupiter chaud encore observé.

Compte tenu des dimensions de la planète et de sa proximité avec son étoile, les chercheurs ont déterminé que TOI-2109b était un Jupiter ultra-chaud, avec l’orbite la plus courte de toutes les géantes gazeuses connues. Comme la plupart des Jupiters chauds, la planète semble être verrouillée par les marées, avec un côté jour et nuit perpétuel, semblable à la Lune par rapport à la Terre. À partir des observations TESS d’un mois, l’équipe a pu observer la luminosité variable de la planète lorsqu’elle tourne autour de son axe. En observant la planète passer derrière son étoile (appelée éclipse secondaire) aux longueurs d’onde optique et infrarouge, les chercheurs ont estimé que le côté jour atteint des températures de plus de 3 500 Kelvin.

“Pendant ce temps, la luminosité du côté nuit de la planète est inférieure à la sensibilité des données TESS, ce qui soulève des questions sur ce qui s’y passe réellement”, a déclaré Shporer. “La température y est-elle très froide, ou la planète prend-elle d’une manière ou d’une autre de la chaleur du côté jour et la transfère-t-elle du côté nuit ? Nous commençons à essayer de répondre à cette question pour ces Jupiters ultra-chauds.”

Les chercheurs espèrent observer TOI-2109b avec des outils plus puissants dans un avenir proche, notamment le télescope spatial Hubble et le télescope spatial James Webb qui sera bientôt lancé. Des observations plus détaillées pourraient éclairer les conditions que subissent les Jupiter chauds lorsqu’ils tombent dans leur étoile.

“Les Jupiters ultra-chauds tels que TOI-2109b constituent la sous-classe la plus extrême d’exoplanètes”, explique Wong. “Nous venons tout juste de commencer à comprendre certains des processus physiques et chimiques uniques qui se produisent dans leurs atmosphères – des processus qui n’ont pas d’analogues dans notre propre système solaire.”

Les futures observations de TOI-2109b pourraient également révéler des indices sur la façon dont de tels systèmes vertigineux ont été créés. “Depuis le début de la science exoplanétaire, les Jupiter chauds ont été considérés comme des excentriques”, explique Shporer. “Comment une planète aussi massive et grande que Jupiter atteint-elle une orbite qui ne dure que quelques jours ? Nous n’avons rien de tel dans notre système solaire, et nous voyons cela comme une opportunité de les étudier et d’aider à expliquer leur existence. .”

Cette recherche a été soutenue, en partie, par la NASA.