Impression d’artiste de la planète WASP-103b et de son étoile hôte. Crédit : ESA
L’ESA exoplanète La mission Cheops de l’ESA a révélé qu’une exoplanète orbitant autour de son étoile hôte en l’espace d’une journée a une forme déformée qui ressemble davantage à celle d’un ballon de rugby qu’à une sphère. C’est la première fois que la déformation d’une exoplanète a été détectée, offrant de nouvelles perspectives sur la structure interne de ces planètes serrées contre une étoile.
La planète, connue sous le nom de WASP-103b, est située dans la constellation d’Hercule. Elle a été déformée par les fortes forces de marée entre la planète et son étoile hôte WASP-103, qui est environ 200 degrés plus chaude et 1,7 fois plus grande que le Soleil.
Force de marée
Les marées dans les océans de la Terre sont principalement dues à la Lune qui tire légèrement sur notre planète lorsqu’elle tourne autour de nous. Le Soleil a également un effet faible mais significatif sur les marées, mais il est trop éloigné de la Terre pour provoquer des déformations majeures de notre planète. On ne peut pas en dire autant de WASP-103b, une planète dont la taille est presque deux fois supérieure à celle de la Terre. Jupiter et dont la masse est 1,5 fois supérieure, qui tourne autour de son étoile hôte en moins d’un jour. Les astronomes se doutaient qu’une telle proximité provoquerait des marées monumentales, mais jusqu’à présent, ils n’ont pas été en mesure de les mesurer.
Cheops révèle une exoplanète en forme de ballon de rugby. Crédit : ESA
En utilisant les nouvelles données du télescope spatial Cheops de l’ESA, combinées aux données qui avaient déjà été obtenues par le télescope spatial Cheops de l’ESA, on a découvert une exoplanète en forme de ballon de rugby. NASA/ESA Télescope spatial Hubble et le télescope spatial Spitzer de la NASA, les astronomes ont maintenant pu détecter comment les forces de marée déforment l’exoplanète WASP-103b d’une sphère habituelle en une forme de ballon de rugby.
Cheops mesure les transits d’exoplanètes, c’est-à-dire le creux de lumière provoqué par le passage d’une planète devant son étoile, de notre point de vue. Normalement, l’étude de la forme de la courbe de lumière révèle des détails sur la planète, comme sa taille. La haute précision de Cheops et sa flexibilité de pointage, qui permet au satellite de revenir sur une cible et d’observer de multiples transits, ont permis aux astronomes de détecter le signal infime de la déformation due aux marées de WASP-103b. Cette signature distincte peut être utilisée pour en dévoiler encore plus sur la planète.
“C’est incroyable que Khéops ait pu révéler cette minuscule déformation”, déclare Jacques Laskar de l’Observatoire de Paris, Université Paris Sciences et Lettres, et co-auteur de la recherche. “C’est la première fois qu’une telle analyse est faite, et nous pouvons espérer que l’observation sur un intervalle de temps plus long renforcera cette observation et permettra de mieux connaître la structure interne de la planète.”
Planète gonflée
L’équipe a pu utiliser la courbe de lumière de transit de WASP-103b pour dériver un paramètre – le nombre de Love – qui mesure la façon dont la masse est distribuée au sein d’une planète. Comprendre comment la masse est distribuée peut révéler des détails sur la structure interne de la planète.
“La résistance d’un matériau à la déformation dépend de sa composition”, explique Susana Barros, de l’Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço et de l’Université de Porto, au Portugal, et auteur principal de la recherche. “Par exemple, ici sur Terre, nous avons des marées dues à la Lune et au Soleil, mais nous ne pouvons voir les marées que dans les océans. La partie rocheuse ne bouge pas beaucoup. En mesurant à quel point la planète est déformée, nous pouvons savoir quelle est la part de roche, de gaz ou d’eau.”
Le nombre d’Amour de WASP-103b est similaire à celui de Jupiter, ce qui suggère provisoirement que la structure interne est similaire, bien que WASP-103b ait un rayon deux fois plus grand.
“En principe, on s’attendrait à ce qu’une planète ayant une masse 1,5 fois supérieure à celle de Jupiter ait à peu près la même taille, donc WASP-103b doit être très gonflée en raison du chauffage de son étoile et peut-être d’autres mécanismes”, dit Susana.
“Si nous pouvons confirmer les détails de sa structure interne avec de futures observations, nous pourrons peut-être mieux comprendre ce qui la rend si gonflée. Connaître la taille du noyau de cette exoplanète sera également important pour mieux comprendre comment elle s’est formée.”
L’incertitude sur le nombre de Love étant encore assez élevée, il faudra de futures observations avec Cheops et le télescope spatial James Webb (Webb) pour déchiffrer les détails. La précision extrêmement élevée de Webb améliorera les mesures de la déformation due aux marées des exoplanètes, permettant ainsi une meilleure comparaison entre ces “Jupiters chauds” et les planètes géantes du système solaire.
Mouvement mystérieux
Un autre mystère entoure également WASP-103b. Les maréesLes interactions entre une étoile et une planète de la taille d’un Jupiter très proche de celle-ci entraînent généralement un raccourcissement de la période orbitale de la planète, ce qui la rapproche progressivement de l’étoile avant qu’elle ne soit finalement engloutie par l’étoile mère. Cependant, les mesures de WASP-103b semblent indiquer que la période orbitale pourrait augmenter et que la planète s’éloigne lentement de l’étoile. Cela indiquerait que quelque chose d’autre que les forces de marée est le facteur dominant affectant cette planète.
Susana et ses collègues ont examiné d’autres scénarios potentiels, tels qu’une étoile compagnon de l’hôte affectant la dynamique du système ou l’orbite de la planète étant légèrement elliptique. Ils n’ont pas été en mesure de confirmer ces scénarios, mais n’ont pas pu les exclure non plus. Il est également possible que la période orbitale soit en fait en train de diminuer, plutôt que d’augmenter, mais seules des observations supplémentaires des transits de WASP-103b avec Cheops et d’autres télescopes permettront de faire la lumière sur ce mystère.
” La taille de l’effet de la déformation due aux marées sur la courbe de lumière d’un transit d’exoplanète est très faible, mais grâce à la très haute précision de Cheops, nous sommes en mesure de le constater pour la première fois “, déclare Kate Isaak, scientifique du projet Cheops à l’ESA. “Cette étude est un excellent exemple des questions très diverses que les scientifiques spécialistes des exoplanètes sont en mesure d’aborder avec Cheops, illustrant l’importance de cette mission de suivi flexible.”
Référence : “Detection of the tidal deformation of WASP-103b at 3 σ with CHEOPS” by S. C. C. Barrosg, B. Akinsanmi, G. Boué, A. M. S. Smith, J. Laskar, S. Ulmer-Moll, J. Lillo-Box, D. Queloz, A. Collier Cameron, S. G. Sousa, D. Ehrenreich, M. J. Hooton, G. Bruno, B.-O.. Demory, A. C. M. Correia, O. D. S. Demangeon, T. G. Wilson, A. Bonfanti, S. Hoyer, Y. Alibert, R. Alonso, G. Anglada Escudé, D. Barbato, T. Bárczy, D. Barrado, W. Baumjohann, M. Beck, T. Beck, W. Benz, M. Bergomi, N. Billot, X. Bonfils, F. Bouchy, A. Brandeker, C. Broeg, J. Cabrera, V. Cessa, S. Charnoz, C. C. V. Damme, M. B. Davies, M. Deleuil, A. Deline, L. Delrez, A. Erikson, A. Fortier, L. Fossati, M. Fridlund, D. Gandolfi, A. García Muñoz, M. Gillon, M. Güdel, K. G. Isaak, K. Heng, L. Kiss, A. Lecavelier des Etangs, M. Lendl, C. Lovis, D. Magrin, V. Nascimbeni, P. F. L. Maxted, G. Olofsson, R. Ottensamer, I. Pagano, E. Pallé, H. Parviainen, G. Peter, G. Piotto, D. Pollacco, R. Ragazzoni, N. Rando, H. Rauer, I. Ribas, N. C. Santos, G. Scandariato, D. Ségransan, A. E. Simon, M. Steller, Gy. M. Szabó, N. Thomas, S. Udry, B. Ulmer, V. Van Grootel et N. A. Walton, 11 janvier 2022, Astronomie & ; Astrophysique.
DOI: 10.1051/0004-6361/202142196
