La planète XO-3b, un Jupiter chaud sur une orbite excentrique. Crédit : NASA/JPL-Caltech
L’observation d’un Jupiter chaud peut également faire progresser notre compréhension des origines et de l’évolution des planètes.
Imaginez être dans un endroit où les vents sont si forts qu’ils se déplacent à la vitesse du son. Ce n’est là qu’un aspect de l’atmosphère de XO-3b, l’une des exoplanètes (planètes situées en dehors de notre système solaire) connues sous le nom de Jupiters chauds. L’orbite excentrique de la planète entraîne également des variations saisonnières des centaines de fois plus fortes que celles que nous connaissons sur Terre. Dans un article récent, une équipe de recherche dirigée par McGill donne un nouvel aperçu de ce à quoi ressemblent les saisons sur une planète située en dehors de notre système solaire. Les chercheurs suggèrent également que l’orbite ovale, les températures de surface extrêmement élevées (2 000 degrés C – assez chaudes pour vaporiser la roche) et le ” gonflement ” de XO-3b révèlent des traces de l’histoire de la planète. Ces découvertes pourraient faire progresser la compréhension scientifique de la formation et de l’évolution des exoplanètes et fournir un contexte pour les planètes de notre propre système solaire.
Les Jupiters chauds sont des mondes massifs et gazeux comme Jupiter, qui orbitent plus près de leur étoile mère que Mercure ne l’est du Soleil. Bien qu’ils ne soient pas présents dans notre propre système solaire, ils semblent être communs dans toute la galaxie. Bien qu’il s’agisse du type d’exoplanète le plus étudié, de grandes questions subsistent quant à leur mode de formation. Pourrait-il y avoir des sous-classes de Jupiters chauds avec des histoires de formation différentes ? Par exemple, ces planètes prennent-elles forme loin de leur étoile mère – à une distance où il fait suffisamment froid pour que des molécules comme l’eau deviennent solides – ou plus près. Le premier scénario s’accorde mieux avec les théories sur la naissance des planètes dans notre propre système solaire, mais ce qui pousserait ces types de planètes à migrer si près de leur étoile mère reste incertain.
Pour tester ces idées, les auteurs d’une récente étude dirigée par McGill ont utilisé les données du télescope spatial Spitzer de la NASA, aujourd’hui retiré du service, pour examiner l’atmosphère de l’exoplanète XO-3b. Ils ont observé des saisons excentriques et mesuré la vitesse des vents sur la planète en obtenant une courbe de phase de la planète alors qu’elle accomplissait une révolution complète autour de son étoile hôte.
Examen de la dynamique atmosphérique et de l’évolution intérieure
“Cette planète est un cas d’étude extrêmement intéressant pour la dynamique atmosphérique et l’évolution intérieure, car elle se situe dans un régime intermédiaire de masse planétaire où des processus normalement négligés pour les Jupiters chauds moins massifs peuvent entrer en jeu”, explique Lisa Dang, premier auteur d’un article publié récemment dans The Astronomical Journalet étudiante en doctorat au département de physique de l’université McGill. “XO-3b a une orbite ovale plutôt que l’orbite circulaire de presque tous les autres Jupiters chauds connus. Cela suggère qu’il a récemment migré vers son étoile mère ; si c’est le cas, il finira par se stabiliser sur une orbite plus circulaire. “
L’orbite excentrique de la planète entraîne également des variations saisonnières des centaines de fois plus fortes que celles que nous connaissons sur Terre. Nicolas Cowan, professeur à McGill, explique : “La planète entière reçoit trois fois plus d’énergie lorsqu’elle est proche de son étoile pendant une brève sorte d’été, que lorsqu’elle est loin de l’étoile.”
Les chercheurs ont également réestimé la masse et le rayon de la planète et ont constaté qu’elle était étonnamment plus gonflée que prévu. Ils suggèrent et que la source possible de ce réchauffement pourrait être due à des restes de fusion nucléaire.
L’excès de chaleur et le gonflement sont dus au réchauffement par les marées ?
Les observations de Gaia, une mission de l’ESA (Agence spatiale européenne), ont révélé que la planète est plus gonflée que prévu, ce qui indique que son intérieur peut être particulièrement énergétique. Les observations de Spitzer suggèrent également que la planète produit une grande partie de sa propre chaleur, car l’émission thermique excessive de XO-3b n’est pas saisonnière – elle est observée tout au long de l’année sur XO-3b. Il est possible que l’excès de chaleur provienne de l’intérieur de la planète, par un processus appelé chauffage par effet de marée. La pression gravitationnelle exercée par l’étoile sur la planète oscille au fur et à mesure que l’orbite oblongue éloigne puis rapproche la planète de l’étoile. Les changements de pression intérieure qui en résultent produisent de la chaleur.
Pour Dang, ce Jupiter chaud inhabituel fournit une occasion de tester des idées sur les processus de formation qui peuvent produire certaines caractéristiques chez ces exoplanètes. Par exemple, le réchauffement dû aux marées dans d’autres Jupiters chauds pourrait-il également être un signe de migration récente ? XO-3b ne permettra pas à elle seule de percer le mystère, mais elle constitue un test important pour les idées émergentes sur ces géants brûlants.
Pour plus d’informations sur ces recherches, consultez le site du télescope spatial Spitzer de la NASA qui éclaire les exoplanètes.
Référence :”Courbes de phase thermique de XO-3b : An Eccentric Hot Jupiter at the Deuterium Burning Limit” par Lisa Dang, Taylor J. Bell, Nicolas B. Cowan, Daniel Thorngren, Tiffany Kataria, Heather A. Knutson, Nikole K. Lewis, Keivan G. Stassun, Jonathan J. Fortney, Eric Agol, Gregory P. Laughlin, Adam Burrows, Karen A. Collins, Drake Deming, Diana Jovmir, Jonathan Langton, Sara Rastegar et Adam P. Showman, 22 décembre 2021, The Astronomical Journal.
DOI : 10.3847/1538-3881/ac365f
