Les astronomes trouvent une planète brûlante qui orbite autour de son étoile en seulement 16 heures !

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Les astronomes trouvent une planète brûlante qui orbite autour de son étoile en seulement 16 heures !
Exoplanète Jupiter ultra-chaude

La planète nouvellement découverte est relativement proche de son étoile, à une distance d’environ 1,5 million de kilomètres seulement. Crédit : NASA, ESA et G. Bacon

Mercure est le champion de la vitesse de notre système solaire. Il orbite autour du Soleil tous les 88 jours et sa vitesse moyenne est de 47 km/s. Sa distance moyenne du Soleil est de 58 millions de km (36 millions de miles), et il est si rapide qu’il porte le nom de Mercure, le dieu aux pieds ailés.

Mais et si au lieu de Mercure, Jupiter était le plus proche du Soleil ? Et si Jupiter était encore plus proche du Soleil que Mercure et bien plus chaud ?

Dans un système solaire éloigné à environ 855 années-lumière, il y a une planète qui fait que Mercure ressemble à un voisin lent, froid et lointain du Soleil. Cette planète orbite autour de son étoile en seulement 16 heures, ce qui lui donne l’une des orbites les plus courtes jamais mesurées. À cette distance et à cette vitesse, et avec les températures de surface extrêmement élevées de la planète, c’est l’une des planètes les plus exotiques jamais découvertes.

Le nom de la planète est TOI-2109b, et c’est ce que les astronomes appellent un « Jupiter ultra-chaud ». Les Jupiters chauds sont des géantes gazeuses qui orbitent extraordinairement près de leurs étoiles et ont des températures de surface extrêmement élevées. Les Jupiters ultrachauds sont encore plus extrêmes. Leurs températures de surface sont supérieures à 2200 Kelvin (1900 C, 3500 F). Les astronomes estiment que la température diurne de TOI-2109 b est supérieure à 3500 K (3225 C, 5840 F), aussi chaude que certaines petites étoiles.

Un nouvel article publié dans The Astronomical Journal a présenté la découverte. Le titre du papier est « TOI-2109 : une géante gazeuse ultra chaude sur une orbite de 16 heures.» L’auteur principal est Ian Wong, actuellement à Nasa‘s Goddard Space Flight Center, mais un post-doctorant à AVEC lors de cette recherche.

celui de la NASA ESSAI (Transiting Exoplanet Survey Satellite) a découvert la planète en mai 2020. TESS a commencé à l’observer le 13 mai et a continué à l’observer pendant près d’un mois. Au cours de l’année suivante, plusieurs observatoires au sol ont effectué des observations de suivi dans différentes longueurs d’onde. Toutes ces observations ont confirmé que TOI-2109b est une planète rare et inhabituelle.

Tout était cohérent avec le fait qu’il s’agissait d’une planète, et nous avons réalisé que nous avions quelque chose de très intéressant et de relativement rare », a déclaré le co-auteur de l’étude, Avi Shporer, de l’Institut Kavli d’astrophysique et de recherche spatiale du MIT.

La période orbitale de 16 heures de TOI-2109 b est la plus courte jamais mesurée pour une géante gazeuse. (Les précédent recordman a une orbite de 18 heures.) La planète est environ cinq fois plus massive que notre propre Jupiter, et elle orbite autour d’un étoile de type F environ 1,5 fois plus massive que notre Soleil. Il est difficile d’imaginer à quoi ressemblerait cet arrangement pour un observateur dans le même système.

Exoplanète de la taille de Jupiter

Vue d’artiste d’une exoplanète de la taille de Jupiter et de son hôte, une étoile légèrement plus massive que notre soleil. Crédit : ESO

La planète est si chaude parce qu’elle se trouve en moyenne à seulement 2,4 millions de km (1,5 million de mi) de son étoile. Il est probablement verrouillé par la marée sur son étoile comme les autres Jupiters chauds et Jupiters ultrachauds. La température diurne extrêmement élevée peut déchirer les molécules en leurs atomes constitutifs. La modélisation théorique montre que cela peut arriver à l’hydrogène moléculaire. Si le côté nuit est nettement plus froid, l’hydrogène peut à nouveau se combiner en molécules.

Un mois d’observations TESS a permis à l’équipe d’observer la planète en orbite autour de son étoile. Ils ont observé l’éclipse secondaire, lorsqu’une planète passe derrière son étoile, dans plusieurs longueurs d’onde. Cela les a aidés à déterminer que la température diurne dépasse probablement 3 500 K. Mais les chercheurs ne savent pas ce qui se passe la nuit car TESS n’est pas assez sensible. S’il est vrai que l’hydrogène moléculaire est déchiré le jour et se recombine du côté nuit, cela pourrait contribuer à un mélange de température plus efficace dans l’atmosphère et pourrait signifier que la température n’est pas aussi extrême.

« Pendant ce temps, la luminosité du côté nuit de la planète est inférieure à la sensibilité des données TESS, ce qui soulève des questions sur ce qui s’y passe réellement », a déclaré Shporer. « La température y est-elle très froide ou la planète prend-elle de la chaleur du côté jour et la transfère-t-elle du côté nuit ? Nous sommes au début d’essayer de répondre à cette question pour ces Jupiters ultrachauds.

Les chercheurs ont découvert que TOI-2109b se dirigeait lentement vers l’étoile à raison d’environ 10 à 750 millisecondes par an. Les astronomes ont trouvé d’autres Jupiters chauds dont la désintégration orbitale les attire dans leurs étoiles, mais rien d’aussi rapide.

Concept de l'artiste Hot Jupiter Exoplanet

Concept d’artiste d’une exoplanète de la taille de Jupiter qui orbite relativement près de son étoile (alias un « Jupiter chaud »). Crédit : NASA/JPL-Caltech

La nature extrême de TOI-210 b permet de confirmer le statut des Jupiters ultrachauds et chauds comme l’un des types d’exoplanètes les plus extrêmes. Des télescopes plus puissants révéleront davantage la nature de la planète, et l’équipe espère que Hubble sera en mesure de l’étudier, ainsi que le lancement imminent Télescope spatial James Webb. Regarder ce qui se passe à mesure que la planète se rapproche de plus en plus de l’étoile est particulièrement intéressant pour les astronomes.

« Les Jupiter ultra-chauds tels que TOI-2109b constituent la sous-classe la plus extrême de exoplanète“, dit Wong. “Nous venons tout juste de commencer à comprendre certains des processus physiques et chimiques uniques qui se produisent dans leurs atmosphères – des processus qui n’ont pas d’analogues dans notre propre système solaire.”

Les observations futures de TOI-2109b pourraient également révéler des indices sur la façon dont de tels systèmes vertigineux sont apparus en premier lieu. « Depuis le début de la science exoplanétaire, les Jupiters chauds ont été considérés comme excentriques », explique Shporer. « Comment une planète aussi massive et grande que Jupiter atteint-elle une orbite qui ne dure que quelques jours ? Nous n’avons rien de tel dans notre système solaire, et nous voyons cela comme une opportunité de les étudier et d’aider à expliquer leur existence.

Dans un passé lointain, Jupiter a peut-être migré à moins de 1,5 UA du Soleil avant de revenir sur la trajectoire orbitale qu’il suit maintenant. C’est ce qu’on appelle le Hypothèse de Grand Tack. Cela aurait été quelque chose à voir pour des yeux humains.

Jupiter et Saturne

Peu de temps après sa formation, Jupiter a migré vers le Soleil. Saturne l’a fait aussi, et finalement, leurs destins sont devenus liés. Lorsque Jupiter était à peu près là où se trouve Mars maintenant, la paire s’est retournée et s’est éloignée du Soleil. Les scientifiques ont appelé cela le « Grand Tack », une référence à la manœuvre de voile. Crédit : NASA/GSFC

Trouver des exoplanètes extrêmes et inhabituelles nous en apprend beaucoup sur la gamme de types de planètes. Les relevés d’exoplanètes trouvent beaucoup de Jupiters chauds et de Jupiters ultrachauds parce qu’ils sont énormes et proches de leurs étoiles. Mais ils sont en fait rares.

Les auteurs soulignent que seulement environ 0,5% des étoiles semblables au Soleil hébergent ces planètes extrêmes. Mais même si leur nombre est faible, ils contribuent massivement à notre compréhension des exoplanètes dans leur ensemble. « Leur grande taille par rapport à leurs étoiles hôtes et leurs températures élevées permettent un large éventail d’études intensives qui s’étendent bien au-delà des mesures rudimentaires de la masse et du rayon de la planète », expliquent les auteurs.

“Au cours des deux dernières décennies, un large arsenal de techniques d’observation a été utilisé pour sonder les propriétés atmosphériques des Jupiters chauds avec des détails toujours plus détaillés”, écrivent-ils dans leur article. Des choses comme la distribution de la température, la composition chimique, les nuages ​​de condensats, les brumes photochimiques et les mécanismes de transport de chaleur deviennent de plus en plus faciles à étudier.

Les astronomes apprennent que les Jupiter ultrachauds sont « … caractérisés par un certain nombre de propriétés physiques et dynamiques distinctes qui les distinguent du reste de la population des géants des gaz chauds ».

Aucun article sur les exoplanètes ne peut être complet sans se tourner vers le télescope spatial James Webb. Le JWST aura le pouvoir de sonder les atmosphères des exoplanètes plus rigoureusement que tout autre outil actuellement à la disposition des astronomes.

Une partie de la recherche et de l’étude des exoplanètes est centrée sur la recherche de planètes semblables à la Terre dans des zones habitables. Mais les Jupiters ultrachauds comme TOI-2109b peuvent nous en apprendre beaucoup sur les planètes dans leurs formes les plus extrêmes et sur les interactions planète-étoile que nous ne pouvons pas étudier dans notre système solaire. Et le JWST apportera une contribution considérable à nos connaissances.

« Alors que les futurs progrès des capacités des télescopes permettront des explorations en profondeur comparables d’exoplanètes plus petites et plus froides, les Jupiters ultrachauds continueront d’être parmi les candidats les plus fructueux pour des efforts de caractérisation percutants, fournissant des informations cruciales sur la nature des planètes à leur plus extrême », écrivent les auteurs.

Publié à l’origine le Univers aujourd’hui.

Pour en savoir plus sur cette découverte, lisez Blitzes extrêmes « Ultrahot Jupiter » récemment découverts autour de son étoile – Un an ne dure que 16 heures.

Référence : « TOI-2109 : An Ultrahot Gas Giant on a 16 hr Orbit » par Ian Wong, Avi Shporer, George Zhou, Daniel Kitzmann, Thaddeus D. Komacek, Xianyu Tan, René Tronsgaard, Lars A. Buchhave, Shreyas Vissapragada, Michael Greklek-McKeon, Joseph E. Rodriguez, John P. Ahlers, Samuel N. Quinn, Elise Furlan, Steve B. Howell, Allyson Bieryla, Kevin Heng, Heather A. Knutson, Karen A. Collins, Kim K. McLeod, Perry Berlind , Peyton Brown, Michael L. Calkins, Jerome P. de Leon, Emma Esparza-Borges, Gilbert A. Esquerdo, Akihiko Fukui, Tianjun Gan, Eric Girardin, Crystal L. Gnilka, Masahiro Ikoma, Eric LN Jensen, John Kielkopf, Takanori Kodama, Seiya Kurita, Kathryn V. Lester, Pablo Lewin, Giuseppe Marino, Felipe Murgas, Norio Narita, Enric Pallé, Richard P. Schwarz, Keivan G. Stassun, Motohide Tamura, Noriharu Watanabe, Björn Benneke, George R. Ricker, David W. Latham, Roland Vanderspek, Sara Seager, Joshua N. Winn, Jon M. Jenkins, Douglas A. Caldwell, William Fong, Chelsea X. Huang, Ismael Mireles, Jo shua E. Schlieder, Bernie Shiao et Jesus Noel Villaseñor, 23 novembre 2021, Journal astronomique.
DOI : 10.3847 / 1538-3881 / ac26bd

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