55 Cancri e, une exoplanète exotique dans tous les sens du terme

Un monde de lave ou une atmosphère avec des roches vaporisées, toutes les possibilités de l’exoplanète 55 Cancri e défient notre imagination.


L'exoplanète 55 Cancri e, un monde de lave ou ayant une atmosphère de roches vaporisées ?
Vue artistique de l'exoplanète 55 Cancri e

Après sa découverte en 2004 dans une orbite très proche d’une étoile située à 40 années-lumières, les astronomes ont estimé que est une Super-terre. Faisant 8 fois la masse et 2 fois la taille de notre Terre, 55 Cancri e est un poids moyen qui vacille entre une rocheuse ou une géante gazeuse. Il n’existe rien de comparable à 55 Cancri e dans notre système solaire. Depuis des années, la meilleure explication avancée par les chercheurs est que c’est une avec un coeur rocheux, mais possédant une atmosphère très épaisse. Mais une nouvelle carte de cette exoplanète, la première du genre pour une petite , suggère que 55 Cancri e ne possède aucune atmosphère. Les travaux ont été publié dans la revue Nature (Lien vers le papier complet via Sci-Hub)

55 Cancri e, une variation de température extrême

En observant cette exoplanète pendant un mois avec le télescope spatial Spitzer de la NASA, une équipe menée par Olivier Demory de l’université de Cambridge a créé une carte de chaleur de la planète en utilisant les variations de luminosité lorsque la planète tourne autour de son étoile. La planète est très rapprochée de son étoile et cela signifie que ce monde orbite une seule fois et un de ses hémisphères fait toujours face à l’étoile tandis que l’autre est condamné aux ténèbres. Les mesures de la planète suggèrent que le côté nocturne de la planète doit montrer une lueur vermeille, car sa température dépasse les 1 000 degrés Celsius. La vraie surprise est que le coté jour de 55 Cancri e possède le double de cette température avec son point le plus chaud qui est déplacé vers l’est à par rapport à sa position directement en dessous de l’étoile.

Cette différence extrême sur les températures du coté nuit et jour suggère que 55 Cancri e ne possède pas d’atmosphère, car les vents devraient redistribuer la chaleur dans les 2 hémisphères. Mais le point chaud déplacé suggère que quelque chose redistribue quand même la chaleur. Le problème est que le point substellaire (où la radiation stellaire est la plus intense) est moins chaud que le point qui est déplacé à l’est. Pour la première fois, nous avons pu mesurer la température d’une Super-Terre à distance selon Nikkhu Madhusudhan de l’université de Cambridge. C’est un superbe résultat, mais ce qu’il nous montre est assez particulier. D’une part, les données nous disent que cette planète ne peut pas avoir d’atmosphère, mais d’autre part, les données nous disent qu’il y a quelque chose qui doit s’écouler.

55 Cancri e pourrait être un monde de lave ou avoir une atmosphère de roches vaporisées

Ce quelque chose selon Demory est probablement de la roche fondue. Le point chaud de 55 Cancri e, si elle n’a pas d’atmosphère, signifierait que nous voyons une exoplanète rocheuse avec de la lave qui circule sur sa surface depuis sa partie diurne vers la partie nocturne selon Demory. Le côté jour de la planète doit être couvert avec des mers de lave et la lave la plus légère doit s’écouler vers la partie nocturne où elle doit refroidir et se cristalliser en roche.

Mais la planète pourrait aussi avoir une atmosphère, mais elle serait très étrange avec des nuages de roches vaporisées. Les vents pourraient pousser les nuages vers l’est avec la rotation de la planète en provoquant le déplacement du point chaud. Mais la vapeur rocheuse doit geler rapidement et elle doit retomber sur la surface après avoir atteint la partie nocturne. Le problème est de trouver un mélange de composants qui se comporte de cette manière selon Demory. On a besoin de quelque chose qui soit gazeux sur le côté jour, mais qui se condense sur le côté nocturne. On n’a pas trouvé de substances qui correspondent à ces critères et la lave est notre meilleure explication.

Des doutes sur la détection à distance

Une animation de l'exoplanète 55 Cancri e lorsqu'elle passe devant son étoile

Une animation de l’exoplanète 55 Cancri e lorsqu’elle passe devant son étoile

C’est vraiment excitant que nous ayons une carte de chaleur d’une Super-Terre selon Sara Earth, une astronome et planétologue du MIT. Ces travaux montrent que les astronomes avancent de plus en plus vers l’étude des petites planètes et que la nature nous a donné une exoplanète fascinante qui orbite autour d’une étoile brillante. Mais tout le monde n’est pas convaincu que 55 Cancri e soit un monde de lave ou même que la carte thermique de Spitzer est valide. Nicolas Cowan, astronome à l’université de McGill qui a étudié les données de Spitzer pour analyser l’atmosphère des exoplanètes géantes gazeuses, n’est pas sûr que cet ancien télescope soit adapté pour étudier les petites planètes. Les données brutes du télescope montrent des variations de quelques pourcentages qui n’ont rien à voir avec la planète ou son étoile selon Cowan. En revanche, le changement de luminosité observé sur 55 Cancri e se chiffre en des parties par millions.

Si c’est vrai, alors c’est un grand accomplissement et montre la rencontre de l’exogéologie et de l’exoclimatologie selon Cowan. Mais je soupçonne que le signal est plutôt instrumental qu’astrophysique. Spitzer est très performant, mais nous le poussons souvent au-delà de ses limites. Même si nous faisons attention avec les données, les instruments peuvent provoquer les variations de luminosité qu’on observe dans ces données. Nous ne maitrisons pas encore la science de détection à distance et nous devons être prudents.

Heather Knutson, une astronome du California Institute of Technology qui a aussi analysé les cartes thermiques des exoplanètes, est également sceptique. La question à un milliard de dollars est de déterminer si 55 Cancri e est une planète rocheuse avec peu ou aucune atmosphère. Knutson fait partie d’une équipe avec le postdoc Björn Benneke qui utilise le télescope Hubble pour étudier la planète pour trouver une atmosphère. La planète 55 Cancri e est l’objet de nombreuses observations et une équipe a déjà prétendu que cette exoplanète avait une atmosphère, mais les astronomes ont des doutes sur les données.

55 Cancri e sera crucial pour comprendre le fonctionnement des exoplanètes habitables

Si 55 Cancri e est un monde de lave, alors cela ouvre une nouvelle frontière pour l’étude des exoplanètes. Sur les milliers d’exoplanètes connues, la plupart sont des Super-terres chaudes proches de leur étoile. Cela suggère que ce type de planète est le plus fréquent dans notre galaxie. Prévu pour 2017, le Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) de la NASA et le Characterizing Exoplanets Satellite (CHEOPS) de l’Agence Spatiale Européenne pourraient découvrir de nombreux mondes similaires à 55 Cancri e qui ont une rotation très proche de leur étoile.

L’équipe de CHEOPS prévoit déjà des observations de 55 Cancri e pour chercher des panaches ou d’autres sursauts provoqués par des éruptions volcaniques. Et le James Webb Space Telescope de la NASA, prévu pour 2018, pourrait étudier la composition chimique des matières vaporisées émises de la planète via la radiation intense de son étoile. On pourrait découvrir des roches telles que le pyroxène ou l’olivine pour analyser les cycles géochimiques de ce monde. De plus, ce télescope pourrait confirmer ou non si nous avons affaire à un monde de lave.

Les gens peuvent se demander pourquoi on s’intéresse à cette exoplanète alors qu’elle est inhabitable et très différente de la Terre selon Vlada Stamenkovic, co-auteur et géoscientifique à Caltech. Mais pour comprendre des planètes comme la Terre, nous devons comprendre leurs processus chimiques et leurs fonctionnements internes. Ces derniers déterminent l’apparition des océans, de l’atmosphère et de la vie. Des planètes partiellement fondues comme 55 Cancri e nous permettront de mieux comprendre ce processus interne. 55 Cancri e est une planète infernale et il ne serait pas bon d’y vivre. Mais il y a des exoplanètes où vous voudriez aller, descendre sur la plage et boire un verre et 55 Cancri e sera d’une aide cruciale pour comprendre ces planètes qui sont propices à la vie.

 

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Jacqueline Charpentier

Ayant fait une formation en chimie, il est normal que je me sois retrouvée dans une entreprise d'emballage. Désormais, je publie sur des médias, des blogs et des magazines pour vulgariser l'actualité scientifique et celle de la santé.

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