Il existe un type d'exoplanète que les astronomes appellent parfois des planètes de barbe à papa ou des super-bouffées. Ils sont mystérieux, parce que leurs masses ne correspondent pas à leurs rayons extrêmement grands. Les deux caractéristiques impliquent une planète avec une densité extrêmement faible.
Dans notre système solaire, il n'y a rien de tel, et les trouver dans des systèmes solaires éloignés a été déroutant. Maintenant, une paire d'astronomes aurait pu le comprendre.
Les astronomes sont Anthony Piro de l'Université Carnegie et Shreyas Vissapragada, à Caltech. Leur article s'intitule «Explorer si les super-bouffées peuvent être expliquées comme des exoplanètes annelées». Il est publié dans The Astronomical Journal.
"Nous avons commencé à penser, et si ces planètes n'étaient pas du tout aérées comme de la barbe à papa", a déclaré Piro dans un communiqué de presse. "Et si les super-bouffées semblent si grandes parce qu'elles sont en fait entourées d'anneaux?"
Les chasseurs de planètes ont trouvé plus de 4000 exoplanètes confirmées. Avec une observation attentive, les astronomes peuvent limiter les caractéristiques des exoplanètes comme la densité, la masse, la taille et même s'ils se trouvent dans la zone habitable de leur étoile. Mais il n'y a aucun moyen réel de déterminer si ces objets éloignés ont des anneaux.
Il serait surprenant que personne ne le fasse. Toutes les géantes gazeuses et géantes de glace de notre système solaire ont des anneaux, bien que seules Saturne soient facilement discernables.
La plupart des exoplanètes sont découvertes avec la méthode du transit. Cela implique d'observer attentivement une planète lorsqu'elle passe entre son étoile hôte et nous. Sur la base de la minuscule immersion dans la lumière des étoiles causée par le transit de la planète, les astronomes peuvent détecter une planète. C’est aussi la façon dont ils déterminent les autres caractéristiques d’une planète, tout en regardant l’étoile vaciller en réponse au mouvement de la planète.
Mais la méthode de transit ne peut pas dire aux astronomes si une planète a des anneaux. Dans une expérience de pensée, les astronomes se sont demandé à quoi ressembleraient des planètes comme Saturne pour un observateur distant.
"Nous avons commencé à nous demander, si vous nous regardiez d'un monde lointain, reconnaîtriez-vous Saturne comme une planète aux anneaux, ou semblerait-il être une planète gonflée pour un astronome extraterrestre?" Demanda Vissapragada.
Dans leur article, les chercheurs disent: «Un exemple utile à considérer est celui de Saturne: en moyenne au cours de la saison, si un observateur externe mesurait la taille de Saturne en transit sans tenir compte des anneaux, il sous-estimerait sa densité réelle d'environ un facteur deux.»
Ils se sont appuyés sur cette expérience de pensée avec une expérience réelle, ou simulation. Les chercheurs ont simulé une planète annelée passant devant le Soleil, et à quoi cela ressemblerait à un astronome éloigné avec les puissants instruments d'observation. Ils ont également étudié les types de matériaux dans les anneaux qui pourraient affecter les observations.
Les résultats étaient mitigés. Selon leur travail, les anneaux peuvent expliquer certaines planètes gonflées, mais pas toutes. Dans leur article, ils disent: «Nous constatons que cette explication fonctionne pour certains des super-bouffées, mais pour d'autres, il a des difficultés." Une partie de l'explication de ces résultats comprend les spectres sans particularité des planètes gonflées.
Dans leur article, les auteurs disent: «Ici, nous examinons s'ils <planètes gonflées> pourraient avoir de grands rayons inférés parce qu'ils sont en fait annelés. Cela expliquerait naturellement pourquoi les super-bouffées n'ont jusqu'à présent montré que des spectres de transit sans particularité. » Normalement, une exoplanète aura un spectre, mais avec des anneaux, il n'y en a pas.
Les auteurs poursuivent: «Nous constatons que cette hypothèse peut fonctionner dans certains cas mais pas tous. La proximité des super-bouffées avec leurs étoiles parentes nécessite des anneaux avec une composition rocheuse plutôt que glacée. » Cela, à son tour, limite les rayons des anneaux eux-mêmes.
Et la limite sur les rayons signifie que les anneaux pourraient expliquer certaines planètes bouffantes, mais pas toutes. Selon le document, cela «rend difficile d'expliquer la grande taille des Kepler 51b, 51c, 51d et 79d à moins que les anneaux ne soient composés de matériau poreux». Les trois planètes Kepler 51 sont toutes des planètes bouffantes, et ce sont les trois avec les densités les plus faibles connues. En fait, bien que ce soient toutes des planètes de la taille de Jupiter, leur masse n'est que quelques fois supérieure à celle de la Terre.
Dans un communiqué de presse, le co-auteur Piro l'a expliqué ainsi: «Ces planètes ont tendance à orbiter à proximité de leurs étoiles hôtes, ce qui signifie que les anneaux devraient être rocheux plutôt que glacés. Mais les rayons des anneaux rocheux ne peuvent être si grands, à moins que la roche ne soit très poreuse, donc toutes les super-bouffées ne répondraient pas à ces contraintes. »
Le matériau constituant un anneau rocheux ne peut être que très dense et ne peut constituer que des anneaux d'une certaine taille. S'il est trop dense et trop éloigné de la planète, il se combinera plutôt en satellites.
La paire de chercheurs dit qu'au moins trois planètes bouffantes observées peuvent probablement être expliquées par des anneaux: Kepler 87c et 177c ainsi que HIP 41378f. Kepler 87c est aussi grand que Neptune, mais il n'est que 6,4 fois plus massif que la Terre. Les deux autres sur leur liste ont une différence similaire entre la taille et la masse.
Malheureusement, comme pour de nombreux problèmes en astronomie, nous n'avons pas le pouvoir d'observation pour savoir si ces recherches sont exactes. Les observations au sol se sont rapprochées pour les cibles brillantes, mais les étoiles hôtes des planètes connues sont trop sombres. (La seule exception est HIP 41278 f, qui a été annoncée comme une nouvelle planète bouffée lorsque les deux auteurs ont terminé ce document.) Comme pour d'autres problèmes en astronomie, nous devons attendre que le télescope spatial James Webb éclaire un peu le problème. Aucune installation d'observation actuelle n'est capable de détecter les anneaux autour des exoplanètes.
Si l'une de ces exoplanètes est confirmée comme ayant des anneaux, ce sera un développement important. Je donnerai aux astronomes une bien meilleure compréhension de la formation des systèmes planétaires et de leur évolution.
Plus:
- Communiqué de presse: Et si de mystérieuses planètes «barbe à papa» arboraient réellement des anneaux?
- Document de recherche: Explorer si les super-bouffées peuvent être expliquées comme des exoplanètes annelées
- Space Magazine: La «mégastructure extraterrestre» autour de Tabby’s Star est-elle réellement un géant gazeux annelé?
