Les débris rocheux, les morceaux d’une ancienne planète rocheuse qui s’est brisée, spiralent vers l’intérieur vers une naine blanche dans cette illustration. En étudiant les atmosphères de naines blanches « polluées » par de tels débris, un astronome du NOIRLab et un géologue ont identifié des types de roches exotiques qui n’existent pas dans notre système solaire. Les résultats suggèrent que les exoplanètes rocheuses proches doivent être encore plus étranges et plus diversifiées qu’on ne le pensait auparavant. Crédit : NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva, Traitement d’images : M. Zamani et M. Kosari (NOIRLab de NSF)
Une nouvelle étude d’astrogéologie suggère que la plupart des exoplanètes rocheuses proches ne ressemblent à rien de notre système solaire.
Un astronome du NOIRLab de la NSF s’est associé à un géologue de la California State University, Fresno, pour faire les premières estimations des types de roches qui existent sur les planètes en orbite autour d’étoiles proches. Après avoir étudié la composition chimique des naines blanches « polluées », ils ont conclu que la plupart des planètes rocheuses en orbite autour d’étoiles proches sont plus diversifiées et exotiques qu’on ne le pensait auparavant, avec des types de roches que l’on ne trouve nulle part dans notre système solaire.
Les astronomes ont découvert des milliers de planètes en orbite autour d’étoiles dans notre galaxie, appelées exoplanètes. Cependant, il est difficile de savoir de quoi sont faites exactement ces planètes, ou si certaines ressemblent à la Terre. Pour tenter de le découvrir, l’astronome Siyi Xu du NOIRLab de la NSF s’est associé au géologue Keith Putirka de la California State University, Fresno, pour étudier l’atmosphère de ce que l’on appelle les naines blanches polluées. Ce sont les noyaux denses et effondrés d’étoiles autrefois normales comme le Soleil qui contiennent des matières étrangères provenant de planètes, d’astéroïdes ou d’autres corps rocheux qui tournaient autrefois autour de l’étoile mais sont finalement tombés dans le nain blanc et “contaminé” son atmosphère. En recherchant des éléments qui n’existeraient pas naturellement dans l’atmosphère d’une naine blanche (autre que l’hydrogène et l’hélium), les scientifiques peuvent découvrir de quoi étaient faits les objets planétaires rocheux qui sont tombés dans l’étoile.
Selon de nouvelles recherches menées par un astronome et un géologue du NOIRLab, les exoplanètes rocheuses sont encore plus étranges qu’on ne le pensait auparavant. En étudiant l’atmosphère de vestiges stellaires appelés naines blanches, le couple a découvert des types de roches introuvables dans notre système solaire. Chaque naine blanche est « polluée » par des matériaux provenant de corps rocheux qui tournaient autour d’elle à l’origine, mais qui sont tombés dans la naine blanche et ont répandu leurs éléments dans son atmosphère. Certaines des compositions rocheuses sont si rares que les scientifiques ont dû créer de nouveaux noms pour classer les types de roches qui constituaient autrefois ces planètes anciennes.
Putirka et Xu ont examiné 23 naines blanches polluées, toutes situées à environ 650 années-lumière du Soleil, où le calcium, le silicium, le magnésium et le fer avaient été mesurés avec précision à l’aide de l’observatoire WM Keck à Hawai’i, le télescope spatial Hubble, et autres observatoires. Les scientifiques ont ensuite utilisé les abondances mesurées de ces éléments pour reconstituer les minéraux et les roches qui se formeraient à partir d’eux. Ils ont découvert que ces naines blanches ont une gamme de compositions beaucoup plus large que n’importe laquelle des planètes intérieures de notre système solaire, suggérant que leurs planètes avaient une plus grande variété de types de roches. En fait, certaines des compositions sont si inhabituelles que Putirka et Xu ont dû créer de nouveaux noms (tels que « pyroxénites de quartz » et « dunites de périclase ») pour classer les nouveaux types de roches qui ont dû exister sur ces planètes.[1]
“Alors que certaines exoplanètes qui tournaient autrefois autour de naines blanches polluées semblent similaires à la Terre, la plupart ont des types de roches exotiques pour notre système solaire”, a déclaré Xu. “Ils n’ont pas d’homologues directs dans le système solaire.”
Putirka décrit ce que ces nouveaux types de roches pourraient signifier pour les mondes rocheux auxquels ils appartiennent. “Certains des types de roches que nous voyons dans les données des naines blanches dissoudraient plus d’eau que les roches sur Terre et pourraient avoir un impact sur le développement des océans”, a-t-il expliqué. “Certains types de roches pourraient fondre à des températures beaucoup plus basses et produire une croûte plus épaisse que les roches terrestres, et certains types de roches pourraient être plus faibles, ce qui pourrait faciliter le développement de la tectonique des plaques.”
Des études antérieures sur des naines blanches polluées avaient trouvé des éléments provenant de corps rocheux, notamment du calcium, de l’aluminium et du lithium. Cependant, Putirka et Xu expliquent qu’il s’agit d’éléments mineurs (qui constituent généralement une petite partie d’une roche terrestre) et que des mesures d’éléments majeurs (qui constituent une grande partie d’une roche terrestre), en particulier le silicium, sont nécessaires pour vraiment savoir quels types de roches auraient existé sur ces planètes.
En outre, Putirka et Xu déclarent que les niveaux élevés de magnésium et les faibles niveaux de silicium mesurés dans l’atmosphère des naines blanches suggèrent que les débris rocheux détectés provenaient probablement de l’intérieur des planètes – du manteau, pas de leur croûte. Certaines études antérieures sur des naines blanches polluées ont signalé des signes indiquant qu’une croûte continentale existait sur les planètes rocheuses qui tournaient autrefois autour de ces étoiles, mais Putirka et Xu n’ont trouvé aucune preuve de roches crustales. Cependant, les observations n’excluent pas complètement que les planètes aient une croûte continentale ou d’autres types de croûte. “Nous pensons que si la roche crustale existe, nous ne pouvons pas la voir, probablement parce qu’elle se produit en trop petite fraction par rapport à la masse des autres composants planétaires, comme le noyau et le manteau, pour être mesurée”, a déclaré Putirka.
Selon Xu, l’association d’un astronome et d’un géologue a été la clé pour percer les secrets cachés dans l’atmosphère des naines blanches polluées. « J’ai rencontré Keith Putirka lors d’une conférence et j’étais ravi qu’il puisse m’aider à comprendre les systèmes que j’observais. Il m’a appris la géologie et je lui ai enseigné l’astronomie, et nous avons trouvé comment donner un sens à ces mystérieux systèmes exoplanétaires.
Les résultats de la paire sont publiés dans le numéro du 2 novembre 2021 de Communication Nature.
Remarques
- Les méthodes de classification des roches « normales » ou existantes sont basées sur le fait que l’olivine et l’orthopyroxène sont les minéraux dominants du manteau terrestre (et des manteaux d’autres planètes rocheuses de notre système solaire). Pour de nombreuses exoplanètes, cependant, l’olivine pourrait être absente et le quartz présent, ou l’orthopyroxène pourrait être absent et la périclase est présente, et une nouvelle nomenclature de classification a donc été développée. Les nouvelles classifications des types de roches proposées par Putirka et Xu comprennent : les « pyroxénites à quartz », qui contiennent chacune plus de 10 % d’orthopyroxène, de clinopyroxène et de quartz ; les « orthopyroxénites de quartz », qui contiennent plus de 10 % d’orthopyroxène et de quartz et moins de 10 % de clinopyroxène ; « dunites de périclase », qui contiennent chacune plus de 10 % de périclase et d’olivine et moins de 10 % de clinopyroxène ; « wehrlites à périclase », qui contiennent plus de 10 % chacune de périclase, d’olivine et de clinopyroxène ; et les « clinopyroxénites de périclase », qui contiennent moins de 10 % d’olivine et plus de 10 % chacun de périclase et de clinopyroxène.
Référence : « Les naines blanches polluées révèlent des types de roches du manteau exotique sur les exoplanètes de notre voisinage solaire » par Keith D. Putirka et Siyi Xu, 2 novembre 2021, Communication Nature.
DOI : 10.1038/s41467-021-26403-8
