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Une nouvelle classe d'exoplanètes faites de saphir et de rubis

Espace 26 décembre 2018

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Des chercheurs des universités de Zurich et de Cambridge ont découvert une nouvelle classe d’exoplanètes. Ces super-Terres ont été formées à des températures élevées près de leur étoile hôte et contiennent de grandes quantités de calcium, d’aluminium et d’oxydes – y compris de saphir et de rubis.

Une exoplanète composée de saphir et de rubis

À 21 années-lumière, dans la constellation de la Cassiopée, une planète du nom de HD219134 B tourne autour de son étoile avec une année qui ne dure que trois jours. Avec une masse presque cinq fois supérieure à celle de la Terre. C’est ce qu’on appelle une super-Terre.
Contrairement à notre planète, elle ne possède probablement pas un noyau massif de fer, mais plutôt riche en calcium et en aluminium. « Peut-être qu’il scintille de rouge à bleu comme les rubis et les saphirs, parce que ces pierres précieuses sont des oxydes d’aluminium, qui sont communs sur cette exoplanète », explique Caroline Dorn, astrophysicienne à l’Institut des Sciences computationnelles de l’Université de Zurich.
Hd219134 b est l’un des trois candidats susceptibles d’appartenir à une nouvelle classe d’exoplanètes, comme Caroline Dorn et ses collègues des universités de Zurich et de Cambridge le rapportent dans le journal britannique MNRAS.
Les chercheurs utilisent des modèles théoriques pour étudier la formation des planètes et comparer leurs résultats avec les données d’observations. On sait que pendant leur formation, des étoiles comme le soleil étaient entourées d’un disque de gaz et de poussière dans lequel les planètes étaient nées.
Des planètes rocheuses telles que la Terre ont été formées à partir des corps solides lorsque le disque protoplanétaire s’est dispersé. Ces blocs de construction de la condensation de la nébuleuse de gaz, comme le disque, se sont refroidis. « Normalement, ces blocs de construction sont formés dans des régions où des éléments qui forment la roche, comme le fer, le magnésium et le silicium, se sont condensés », explique Dorn.
Les planètes résultantes ont une composition semblable à celle de la Terre avec un noyau de fer. La plupart des super-Terres connues jusqu’à présent ont été formées dans ces régions.

Plus diversifiée que prévu

Mais il y a aussi des régions proches de l’étoile où il fait beaucoup plus chaud. « De nombreux éléments sont encore en phase gazeuse et les composantes planétaires ont une composition complètement différente », explique l’astrophysicien. Avec leurs modèles, l’équipe de recherche a calculé à quoi ressemblerait une planète formée dans une région aussi chaude. Ils ont découvert que le calcium et l’aluminium sont les principaux constituants à côté du magnésium et du silicium, et qu’il n’y avait pratiquement pas de fer.
« C’est pourquoi de telles planètes ne peuvent pas avoir un champ magnétique comme la terre », explique Dorn. Et puisque la structure interne est si différente, leur comportement de refroidissement et leurs atmosphères différeront également de ceux des super-Terres normales. L’équipe parle donc d’une nouvelle classe exotique de super-Terres formées à partir de condensats à haute température.
« Ce qui est excitant, c’est que ces objets sont complètement différents de la majorité des planètes semblables à la Terre, s’ils existent réellement. », explique Dorn
Mais il est fort probable que oui, comme l’expliquent les astrophysiciens dans leur article. « Dans nos calculs, nous avons constaté que ces planètes ont des densités de 10 à 20% inférieures à celles de la terre », explique le premier auteur. L’équipe a également analysé d’autres exoplanètes présentant des densités aussi faibles. « Nous avons examiné différents scénarios pour expliquer les densités observées, » explique Dorn.
Par exemple, une atmosphère épaisse pourrait conduire à une densité globalement plus faible. Mais deux des exoplanètes étudiées, 55 Cancri e et WASP-47 e, tournent autour de leur étoile si près que leur température de surface est de près de 3000 degrés et qu’elles auraient perdu cette enveloppe de gaz il y a longtemps. « Sur HD219134 b, il fait moins chaud et la situation est plus compliquée », explique Dorn.
À première vue, cette plus faible densité pourrait aussi s’expliquer par les profondeurs océaniques. Mais une deuxième planète orbitant autour de l’étoile un peu plus loin rend ce scénario peu probable. Une comparaison des deux objets montre que la planète intérieure ne peut pas contenir plus d’eau ou de gaz que la planète extérieure. On ne sait toujours pas si les océans magmatiques peuvent contribuer à cette plus faible densité.

Une planète faite de diamants en une planète faite de saphir

« Nous avons donc trouvé trois candidats qui appartiennent à une nouvelle classe de super-terres avec cette composition exotique », résume l’astrophysicien. Les chercheurs sont également en train de corriger une image antérieure de super-Terre 55 Cancri e, qui avait fait les gros titres en 2012 comme le « diamant dans le ciel ».
Les chercheurs avaient précédemment supposé que cette planète se composait en grande partie de carbone, mais ils ont dû rejeter cette théorie sur la base d’observations ultérieures. « Nous avons transformé cette planète faite de diamants en une planète faite de saphirs », rit Dorn.
Source : University of Zurich