A 1800 années-lumière, un improbable survivant orbite autour d’une étoile âgée. Cette planète rare s’appelle une Neptune chaude, et c’est l’une des rares Neptunes chaudes que les astronomes ont trouvées. Les Neptunes chauds sont si proches de leurs étoiles que le rayonnement stellaire écrasant aurait dû éliminer leurs atmosphères, ne laissant derrière eux qu’un noyau planétaire.
Mais cette planète a conservé son atmosphère d’une manière ou d’une autre.
Plus nous trouvons d’exoplanètes, mieux nous comprenons la population d’exoplanètes. Avec plus de 5 300 exoplanètes confirmées, les scientifiques maîtrisent la composition de la population d’exoplanètes. Sur son tableau de bord de découverte d’exoplanètes, la NASA regroupe les exoplanètes dans ces catégories : Neptune-like, Gas Giant, Super-Earth et Terrestrial. D’autres classifications sont également utilisées dans les sciences spatiales, comme Jupiter chaud. Mais la balise chaude Neptune n’est pas beaucoup utilisée car il n’y en a pas beaucoup.
Un Neptune chaud est une planète gazeuse extrêmement proche de son étoile, tout comme un Jupiter chaud. Lorsqu’une planète gazeuse s’approche trop de son étoile, celle-ci peut éliminer l’atmosphère gazeuse. Les Jupiter chauds sont si massifs qu’ils peuvent s’accrocher à leur atmosphère avec un certain succès. Mais les planètes de la taille de Neptune sont beaucoup moins massives que les planètes de la taille de Jupiter, et vraiment, les Neptunes chaudes ne devraient tout simplement pas exister. Ils ne sont pas assez massifs pour conserver leur atmosphère face à tout le rayonnement stellaire. Ils défient les probabilités.
“La découverte d’un Neptune chaud de faible densité en orbite autour d’une étoile évoluée démontre que les atmosphères de ces planètes sont plus résistantes qu’on ne le pensait auparavant.”
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Le premier astronome chaud de Neptune trouvé est Gliese 436 b. Les astronomes l’ont découvert en 2004, cinq ans avant que la mission Kepler ne change à jamais la science des exoplanètes. Les chercheurs sont toujours perplexes sur Gliese 436 b et tentent de comprendre comment il a conservé son atmosphère pendant si longtemps. Un article de 2015 a conclu que la planète perdait de la masse et laissait derrière elle une traînée d’hydrogène alors que l’étoile enlevait son atmosphère.
Dans de nouvelles recherches, des astronomes des États-Unis et d’Australie ont présenté leur découverte d’un autre Neptune chaud. L’article est “Un survivant improbable : un Neptune chaud de faible densité en orbite autour d’une étoile géante rouge”. L’auteur principal est Samuel Grunblatt du Département de physique et d’astronomie de l’Université Johns Hopkins.
Ce Neptune chaud est si proche de son étoile qu’il complète une orbite en seulement 4,2 jours. La planète, nommée TIC 365102760 b, n’est pas très dense. Même s’il fait environ la moitié du rayon de Jupiter, sa densité n’est que de 0,06 celle de Jupiter. Avec une densité aussi faible, la planète ne devrait pas être accrochée à son atmosphère.
L’étoile est ancienne, une géante rouge âgée d’environ 7,2 milliards d’années et 1,2 fois plus massive que le Soleil. Sa température est de 4700 Kelvin (4400 C; 8000 F.) Compte tenu de tous ces facteurs, TIC 365102760 b ne devrait plus être qu’un noyau planétaire à l’heure actuelle. “La vieillesse et la température d’équilibre élevée mais la densité remarquablement faible de cette planète suggèrent que son enveloppe gazeuse aurait dû être dépouillée par une irradiation stellaire à haute énergie il y a des milliards d’années”, écrivent les auteurs.
Cette planète est la plus rare des rares. Il n’y a qu’une petite poignée de planètes de la taille de Neptune en orbite autour d’une étoile post-séquence principale, et c’est la seule Neptune chaude en orbite autour de ce type d’étoile. Des valeurs aberrantes comme celles-ci sont importantes car elles peuvent définir les limites de la nature et aider les scientifiques à construire de meilleurs modèles.
Les modèles actuels ne peuvent pas expliquer le TIC 365102760 b et montrent à la place qu’il ne devrait plus rester qu’un noyau. “Ainsi, en supposant que la planète n’ait pas connu de migration ou d’inflation après un âge système de 20 Myr, la majeure partie ou la totalité de l’atmosphère de la planète aurait dû être dépouillée au cours de sa vie”, écrivent les auteurs.
Comment a-t-il pu tenir si longtemps sa masse tout en étant si proche de son étoile ?
Les auteurs disent que l’explication pourrait résider dans des modèles incorrects de flux stellaire. Si l’étoile n’est pas aussi puissante que la pensée, cela pourrait expliquer comment la planète a conservé son atmosphère pendant si longtemps. “Premièrement, le flux stellaire dans XUV peut être significativement plus faible ou absorbé moins efficacement que les modèles existants ne le prédisent, empêchant une grave érosion atmosphérique même si la planète n’a pas changé d’orbite ou de rayon depuis sa formation.”
La migration pourrait également expliquer la planète, mais seulement si elle a migré pendant la durée de vie de la séquence principale de l’étoile. “Deuxièmement, la planète a peut-être migré vers son orbite actuelle pendant la durée de vie de la séquence principale de son étoile hôte à partir d’une orbite précédente plus grande, évitant la plus haute intensité d’irradiation XUV de son étoile hôte”, expliquent-ils.
Mais il y a quelques problèmes avec cette explication. Les interactions étoile-planète et planète-planète pourraient avoir causé la migration, mais il n’y a aucune indication d’une autre grande planète relativement proche de TIC 365102760 b. Les interactions entre une planète et une étoile peuvent déclencher une migration, mais dans ces cas, la planète a une orbite très excentrique. “De plus, TIC 365102760 b ne semble pas avoir une orbite à haute excentricité, ce qui suggère que la migration due à l’interaction étoile-planète est également peu probable ou pas très récente dans l’histoire du système”, écrivent les auteurs.
Les chercheurs suggèrent une troisième possibilité pour expliquer la chaleur de Neptune. Il aurait pu être beaucoup plus petit dans le passé, “… limitant le taux instantané de perte de masse sur la séquence principale.” Les planètes sont connues pour gonfler lorsque leurs étoiles quittent la séquence principale en raison d’une augmentation du rayonnement reçu. Mais à ce niveau de détail, une grande partie de l’explication potentielle se résume à différents modèles, et il n’y a tout simplement pas assez de clarté pour attacher une quelconque certitude à l’explication.
Les chercheurs évitent l’explication de la migration tardive. “Les preuves observationnelles actuelles de l’inflation à un stade avancé et/ou d’une faible photoévaporation sont plus solides que les preuves d’une migration à un stade avancé dans ce système”, expliquent-ils. Ils pensent qu’un niveau plus faible de rayonnement XUV de l’étoile parallèlement à une inflation tardive est la meilleure explication de la persistance de ce Neptune chaud.
Mais même sans une explication claire de la résilience de TIC 365102760 b, la planète et cette recherche disent aux scientifiques planétaires des choses importantes.
“La découverte d’un Neptune chaud de faible densité en orbite autour d’une étoile évoluée démontre que les atmosphères de ces planètes sont plus résistantes qu’on ne le pensait auparavant”, écrivent les auteurs. L’existence de la planète montre également que des planètes plus petites que Jupiter peuvent devenir gonflées à mesure que leurs étoiles évoluent hors de la séquence principale. Cela a des implications sur notre compréhension de la formation et de l’évolution des planètes de la taille de Neptune et sur la façon dont les scientifiques interprètent la population d’exoplanètes.
Étant donné que l’étoile et la planète sont si étroitement liées, ces résultats peuvent également nous en dire plus sur la composition de la planète et l’activité stellaire. Mais cela doit encore être démêlé. Trouver plus de ces planètes rares est la voie à suivre évidente, mais elles n’apparaissent pas souvent dans les recherches générales. “Des recherches ciblées sur ces systèmes évolués sont nécessaires car ces planètes sont manquées par les recherches générales sur les planètes en transit”, écrivent les auteurs.
En ce qui concerne le cas spécifique de TIC 365102760 b, des observations de suivi pourraient mieux contraindre les caractéristiques de la planète et aider à expliquer son existence. Des études spectroscopiques au sol et dans l’espace pourraient révéler plus clairement les écoulements atmosphériques de la planète et pourraient faire la lumière sur la durée de vie de son atmosphère ainsi que sur la composition de l’atmosphère.
“Contraindre l’équilibre entre l’inflation atmosphérique de la planète et la perte de masse aidera à révéler l’évolution des atmosphères planétaires au fil du temps, clarifiant les caractéristiques démographiques de la planète telles que le désert chaud de Neptune”, concluent les auteurs.
