Les astronomes découvrent que deux exoplanètes pourraient être principalement constituées d’eau

L’équipe, dirigée par la doctorante Caroline Piaulet de l’Institut Trottier de recherche sur les exoplanètes (iREx) de l’Université de Montréal, a publié une étude détaillée d’un système planétaire connu sous le nom de Kepler-138 dans la revue Astronomie naturelle aujourd’hui.

Piaulet, qui fait partie de l’équipe de recherche de Björn Benneke, a observé les exoplanètes Kepler-138c et Kepler-138d avec Hubble de la NASA et les télescopes spatiaux à la retraite Spitzer et a découvert que les planètes – qui font environ une fois et demie la taille de la Terre – – pourrait être composé en grande partie d’eau. Ces planètes et un compagnon planétaire plus proche de l’étoile, Kepler-138b, avaient été découverts précédemment par le télescope spatial Kepler de la NASA.

L’eau n’a pas été directement détectée, mais en comparant les tailles et les masses des planètes aux modèles, ils concluent qu’une fraction importante de leur volume – jusqu’à la moitié – devrait être constituée de matériaux plus légers que la roche mais plus lourds que l’hydrogène ou l’hélium (qui constituent l’essentiel des planètes géantes gazeuses comme Jupiter). Le plus courant de ces matériaux candidats est l’eau.

“Nous pensions auparavant que les planètes un peu plus grandes que la Terre étaient de grosses boules de métal et de roche, comme des versions agrandies de la Terre, et c’est pourquoi nous les appelions des super-Terres”, a expliqué Benneke. “Cependant, nous avons maintenant montré que ces deux planètes, Kepler-138c et d, sont de nature assez différente : une grande partie de leur volume total est probablement composée d’eau. C’est la première fois que nous observons des planètes qui peuvent être identifiées avec certitude. comme des mondes aquatiques, un type de planète qui a été théorisé par les astronomes comme existant depuis longtemps.”

“Nous pensions auparavant que les planètes un peu plus grandes que la Terre étaient de grosses boules de métal et de roche, comme des versions agrandies de la Terre, et c’est pourquoi nous les appelions des super-Terres”, a expliqué Benneke. “Cependant, nous avons maintenant montré que ces deux planètes, Kepler-138c et d, sont de nature assez différente : une grande partie de leur volume total est probablement composée d’eau. C’est la première fois que nous observons des planètes qui peuvent être identifiées avec certitude. comme des mondes aquatiques, un type de planète qui a été théorisé par les astronomes comme existant depuis longtemps.”

Avec des volumes plus de trois fois supérieurs à ceux de la Terre et des masses deux fois plus importantes, les planètes c et d ont des densités bien inférieures à la Terre. Ceci est surprenant car la plupart des planètes à peine plus grandes que la Terre qui ont été étudiées en détail jusqu’à présent semblaient toutes être des mondes rocheux comme le nôtre. La comparaison la plus proche avec les deux planètes, selon les chercheurs, serait certaines des lunes glacées du système solaire externe qui sont également en grande partie composées d’eau entourant un noyau rocheux.

“Imaginez des versions plus grandes d’Europe ou d’Encelade, les lunes riches en eau en orbite autour de Jupiter et de Saturne, mais rapprochées beaucoup plus de leur étoile”, a expliqué Piaulet. “Au lieu d’une surface glacée, Kepler-138 c et d abriteraient de grandes enveloppes de vapeur d’eau.”

Les chercheurs avertissent que les planètes peuvent ne pas avoir d’océans comme ceux de la Terre directement à la surface de la planète. “La température dans les atmosphères de Kepler-138c et Kepler-138d est probablement supérieure au point d’ébullition de l’eau, et nous nous attendons à une atmosphère épaisse et dense faite de vapeur sur ces planètes. Ce n’est que sous cette atmosphère de vapeur qu’il pourrait potentiellement y avoir de l’eau liquide à haute pression. , ou même de l’eau dans une autre phase qui se produit à des pressions élevées, appelée fluide supercritique”, a déclaré Piaulet.

Récemment, une autre équipe de l’Université de Montréal a découvert une autre planète, appelée TOI-1452 b, qui pourrait potentiellement être recouverte d’un océan d’eau liquide, mais le télescope spatial James Webb de la NASA sera nécessaire pour étudier son atmosphère et confirmer la présence du océan.

Une nouvelle exoplanète dans le système

En 2014, les données du télescope spatial Kepler de la NASA ont permis aux astronomes d’annoncer la détection de trois planètes en orbite autour de Kepler-138, une étoile naine rouge de la constellation de la Lyre. Ceci était basé sur une baisse mesurable de la lumière des étoiles alors que la planète passait momentanément de leur étoile, un transit.

Benneke et sa collègue Diana Dragomir, de l’Université du Nouveau-Mexique, ont eu l’idée de ré-observer le système planétaire avec les télescopes spatiaux Hubble et Spitzer entre 2014 et 2016 pour attraper plus de transits de Kepler-138d, la troisième planète en le système, afin d’étudier son atmosphère.

Alors que les observations antérieures du télescope spatial Kepler de la NASA ne montraient que des transits de trois petites planètes autour de Kepler-138, Piaulet et son équipe ont été surpris de constater que les observations de Hubble et Spitzer suggéraient la présence d’une quatrième planète dans le système, Kepler-138e.

Cette planète nouvellement découverte est petite et plus éloignée de son étoile que les trois autres, prenant 38 jours pour compléter une orbite. La planète se trouve dans la zone habitable de son étoile, une région tempérée où une planète reçoit juste la bonne quantité de chaleur de son étoile froide pour n’être ni trop chaude ni trop froide pour permettre la présence d’eau liquide.

La nature de cette planète supplémentaire nouvellement découverte reste cependant une question ouverte car elle ne semble pas transiter par son étoile hôte. L’observation du transit de l’exoplanète aurait permis aux astronomes de déterminer sa taille.

Avec Kepler-138e maintenant dans l’image, les masses des planètes précédemment connues ont été mesurées à nouveau via la méthode de variation du temps de transit, qui consiste à suivre de petites variations dans les moments précis des transits des planètes devant leur étoile causées par le l’attraction gravitationnelle d’autres planètes proches.

Les chercheurs ont eu une autre surprise : ils ont découvert que les deux mondes aquatiques Kepler-138c et d sont des planètes “jumelles”, avec pratiquement la même taille et la même masse, alors qu’elles étaient auparavant considérées comme radicalement différentes. La planète la plus proche, Kepler-138b, en revanche, est confirmée comme étant une petite planète de masse martienne, l’une des plus petites exoplanètes connues à ce jour.

“Alors que nos instruments et techniques deviennent suffisamment sensibles pour trouver et étudier des planètes plus éloignées de leurs étoiles, nous pourrions commencer à trouver beaucoup plus de mondes aquatiques comme Kepler-138 c et d”, a conclu Benneke.