Astronomie

Quelle est l'exoplanète la moins dense ?

Quelle est l'exoplanète la moins dense ?

Une exoplanète d'une densité de 0,31 gramme par centimètre cube a été découverte. Est-ce l'exoplanète la moins dense que nous connaissions ?


L'article auquel vous faites référence fait référence à Borsato et al. 2019, qui a tenté de corriger les écarts dans les propriétés mesurées des planètes dans le système Kepler-9 entre les mesures de variation du temps de transit et les mesures de vitesse radiale. Ils sont arrivés à $ hosim0.31^{+0.05}_{-0.06} ext{ g cm}^{-3}$ pour Kepler-9c. Cependant, la figure 10 de Borsato et al. montre qu'il existe d'autres exoplanètes dans ce régime de masse avec des densités sensiblement plus faibles, par ex. WASP-107b, qui arrive à environ $ hosim0.19 ext{ g cm}^{-3}$:

Même WASP-107b, cependant, ne détient pas le record de l'exoplanète la moins dense. Les trois planètes du système Kepler-51, Kepler-51b, Kepler-51c et Kepler-51d, pourraient détenir ce record. Plusieurs groupes (Masuda 2014, Roberts et al.) ont trouvé des densités d'environ $ hosim0.03 ext{ - }0.06 ext{ g cm}^{-3}$ pour les deux planètes.


Titre Planète Star Remarques
Le plus éloigné BALAI-04 / BALAI-11 BALAYES J175902.67-291153.5 / BALAYES J175853.92-291120.6 À 27 700 années-lumière pour ces deux planètes, ce sont les planètes extrasolaires les plus éloignées jamais découvertes, mais certainement pas les plus éloignées dans l'ensemble.

Une analyse de la courbe de lumière de l'événement de microlentille PA-99-N2 suggère la présence d'une planète en orbite autour d'une étoile dans la galaxie d'Andromède.

Fin janvier 2018, une équipe de scientifiques dirigée par Xinyu Dai a affirmé avoir découvert une collection d'environ 2 000 planètes voyous dans la microlentille de quasar RX J1131-1231, distante de 3,8 milliards d'années-lumière. Les corps varient en masse de celle de la Lune à plusieurs masses de Jupiter.


Cheops, l'observateur d'exoplanètes de l'ESA, révèle un système planétaire unique

La mission exoplanète de l'ESA, Cheops, a révélé un système planétaire unique composé de six exoplanètes, dont cinq sont enfermées dans une danse rythmique rare alors qu'elles orbitent autour de leur étoile centrale. Les tailles et les masses des planètes, cependant, ne suivent pas un modèle aussi ordonné. Cette découverte remet en cause les théories actuelles de la formation des planètes.

La découverte d'un nombre croissant de systèmes planétaires, aucun comme notre propre système solaire, continue d'améliorer notre compréhension de la façon dont les planètes se forment et évoluent. Un exemple frappant est le système planétaire appelé TOI-178, à quelque 200 années-lumière dans la constellation du Sculpteur.

Les astronomes s'attendaient déjà à ce que cette étoile héberge deux ou plusieurs exoplanètes après l'avoir observée avec le Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) de la NASA. De nouvelles observations très précises avec Cheops, le satellite de caractérisation des exoplanètes de l'ESA lancé en 2019, montrent désormais que TOI-178 abrite au moins six planètes et que ce système solaire étranger a une configuration tout à fait unique. L'équipe, dirigée par Adrien Leleu de l'Université de Genève et de l'Université de Berne en Suisse, a publié aujourd'hui ses résultats dans Astronomie et astrophysique.

L'une des caractéristiques particulières du système TOI-178 que les scientifiques ont pu découvrir avec Khéops est que les planètes - à l'exception de celle la plus proche de l'étoile - suivent une danse rythmique lorsqu'elles se déplacent sur leurs orbites. Ce phénomène est appelé résonance orbitale, et cela signifie qu'il existe des motifs qui se répètent lorsque les planètes tournent autour de l'étoile, certaines planètes s'alignant toutes les quelques orbites.

Une résonance similaire est observée dans les orbites de trois des lunes de Jupiter : Io, Europe et Ganymède. Pour chaque orbite d'Europe, Ganymède effectue deux orbites et Io en complète quatre (il s'agit d'un modèle 4:2:1).

Dans le système TOI-178, le mouvement de résonance est beaucoup plus complexe car il implique cinq planètes, suivant un modèle 18:9:6:4:3. Alors que la deuxième planète de l'étoile (la première dans le motif) effectue 18 orbites, la troisième planète de l'étoile (la deuxième dans le motif) effectue neuf orbites, et ainsi de suite.

Initialement, les scientifiques n'ont trouvé que quatre des planètes en résonance, mais en suivant le modèle, les scientifiques ont calculé qu'il devait y avoir une autre planète dans le système (la quatrième suivant le modèle, la cinquième planète à partir de l'étoile).

« Nous avons prédit sa trajectoire très précisément en supposant qu'elle était en résonance avec les autres planètes », explique Adrien. Une observation supplémentaire avec Khéops a confirmé que la planète manquante existait bien sur l'orbite prédite.

Après avoir découvert les rares arrangements orbitaux, les scientifiques étaient curieux de voir si les densités des planètes (taille et masse) suivaient également un modèle ordonné. Pour enquêter sur cela, Adrien et son équipe ont combiné les données de Khéops avec des observations prises avec des télescopes au sol à l'Observatoire Paranal de l'Observatoire européen austral (ESO) au Chili.

Mais alors que les planètes du système TOI-178 orbitent autour de leur étoile de manière très ordonnée, leurs densités ne suivent aucun schéma particulier. L'une des exoplanètes, une planète terrestre dense comme la Terre est juste à côté d'une planète de taille similaire mais très pelucheuse - comme un mini-Jupiter, et à côté de celle-ci est très similaire à Neptune.

"Ce n'est pas ce à quoi nous nous attendions, et c'est la première fois que nous observons une telle configuration dans un système planétaire", explique Adrien. "Dans les quelques systèmes où nous savons où les planètes orbitent dans ce rythme de résonance, les densités des planètes diminuent progressivement à mesure que nous nous éloignons de l'étoile, et c'est aussi ce que nous attendons de la théorie."

Des événements catastrophiques tels que des impacts géants pourraient normalement expliquer de grandes variations dans les densités planétaires, mais le système TOI-178 ne serait pas aussi parfaitement en harmonie si cela avait été le cas.

« Les orbites de ce système sont très bien ordonnées, ce qui nous indique que ce système a évolué assez doucement depuis sa naissance », explique le co-auteur Yann Alibert de l'Université de Berne.

Révéler l'architecture complexe du système TOI-178, qui remet en cause les théories actuelles de la formation des planètes, a été rendu possible grâce à près de 12 jours d'observations avec Khéops (11 jours d'observations continues, plus deux observations plus courtes).

"Résoudre cette énigme passionnante a nécessité un certain effort de planification, en particulier pour planifier les 11 jours d'observation continue nécessaires pour capturer les signatures des différentes planètes", explique Kate Isaak, scientifique du projet Cheops de l'ESA. « Cette étude met très bien en évidence le potentiel de suivi de Khéops – non seulement pour mieux caractériser les planètes connues, mais pour en traquer et en confirmer de nouvelles. »

Adrien et son équipe souhaitent continuer à utiliser Cheops pour étudier encore plus en détail le système TOI.

"Nous pourrions trouver plus de planètes qui pourraient être dans la zone habitable - où de l'eau liquide pourrait être présente à la surface d'une planète - qui commence en dehors des orbites des planètes que nous avons découvertes à ce jour", explique Adrien. « Nous voulons aussi découvrir ce qui est arrivé à la planète la plus intime qui n'est pas en résonance avec les autres. Nous soupçonnons qu'il est sorti de la résonance en raison des forces de marée.

Les astronomes utiliseront Khéops pour observer des centaines d'exoplanètes connues en orbite autour d'étoiles brillantes.

"Keops approfondira non seulement notre compréhension de la formation des exoplanètes, mais aussi celle de notre propre planète et du système solaire", ajoute Kate.

‘Six planètes en transit et une chaîne de résonances de Laplace dans TOI-178' par A. Leleu et al. apparaît dans Astronomie et astrophysique. DOI : 10.1051/0004-6361/202039767

Cheops est une mission de l'ESA développée en partenariat avec la Suisse, avec un consortium dédié dirigé par l'Université de Berne, et avec des contributions importantes de l'Autriche, de la Belgique, de la France, de l'Allemagne, de la Hongrie, de l'Italie, du Portugal, de l'Espagne, de la Suède et du Royaume-Uni.

L'ESA est l'architecte de la mission Cheops, responsable de l'approvisionnement et des tests du satellite, de la phase de lancement et des premières opérations, et de la mise en service en orbite, ainsi que du programme d'observateurs invités grâce auquel les scientifiques du monde entier peuvent postuler pour observer avec Cheops. Le consortium de 11 États membres de l'ESA dirigé par la Suisse a fourni des éléments essentiels de la mission. Le maître d'œuvre pour la conception et la construction du vaisseau spatial est Airbus Defence and Space à Madrid, en Espagne.

Le consortium de la mission Cheops gère le Centre des opérations de la mission situé à l'INTA, à Torrejón de Ardoz, près de Madrid, en Espagne, et le Centre des opérations scientifiques, situé à l'Université de Genève, en Suisse.


Planètes barbe à papa

Calculer la densité d'une planète nécessite un retour à la physique au lycée. La densité d'un objet est sa masse divisée par son volume, le volume est déterminé par son rayon. Les mesures précises de Hubble ont aidé les chercheurs à mieux contraindre la masse des exoplanètes. Pour trouver leur rayon &mdash et donc leur volume &mdash, les scientifiques comparent la taille de la planète à son étoile. En revisitant ce que l'on savait de l'étoile, Roberts et ses collègues ont pu déterminer un rayon plus précis.

Kepler-51b a une masse environ deux fois supérieure à celle de la Terre et un rayon environ sept fois plus grand, et il orbite autour de son étoile tous les 45 jours. Avec son orbite de 130 jours, Kepler-51d est un peu plus grand, environ 7,5 fois plus massif que la Terre avec un rayon près de dix fois celui de notre planète. Le troisième frère, Kepler-51c, met 85 jours pour faire le tour de l'étoile et a environ quatre fois le rayon de la Terre.

En combinant la masse mise à jour avec le rayon révisé, les chercheurs ont pu calculer que les densités des planètes allaient de 0,03 gramme à 0,06 gramme par centimètre cube. C'est un dixième de la densité de Saturne, la planète la moins dense du système solaire, et qui flotterait dans l'eau si vous pouviez trouver une baignoire assez grande.

Comprendre ce que cela signifierait dans le monde réel demanderait un peu plus de travail, mais Roberts était déterminé.

Sa première pensée fut pour les guimauves. Elle a fait fondre un lot au micro-ondes mais a trouvé que les friandises blanches étaient encore trop denses.

"C'était juste un horrible gâchis", a-t-elle déclaré à Space.com.

Pour ses déductions de barbe à papa, elle s'est rendue dans une épicerie et a acheté des contenants de barbe à papa. Le matériau fraîchement filé n'était pas assez dense, mais elle espérait que les pots préemballés pourraient fonctionner. Elle a mesuré le volume du récipient et pesé le matériau pour calculer sa densité, ce qui correspondait étroitement aux super-bouffées.

"J'ai acheté tellement de ces pots, le [caissier] était comme, vous devez être un fan de barbe à papa", a déclaré Roberts.

"J'étais comme, c'est pour la science."


Astronomie : l'étrange cas de l'exoplanète “Cousins”

Nature versus culture fait référence à un débat de longue date parmi les scientifiques qui tentent de savoir si le comportement humain est déterminé par l'environnement ou est simplement le résultat des gènes d'une personne. Les planètes et les humains peuvent avoir beaucoup en commun, et les atmosphères d'un duo d'exoplanètes chaudes de Jupiter en sont un exemple.

Nature Vs Nurture: L'étrange cas de l'exoplanète “Cousins”
Par Judith E Braffman-Miller

Nature versus culture fait référence à un débat de longue date parmi les scientifiques qui tentent de savoir si le comportement humain est déterminé par l'environnement ou simplement le résultat des gènes d'une personne. Les planètes et les humains peuvent avoir beaucoup en commun, et les atmosphères d'un duo d'exoplanètes chaudes de Jupiter en sont un exemple. Ces deux mondes servent d'exemples de la façon dont la nature par rapport à l'éducation fonctionne lorsqu'il s'agit de ces deux exoplanètes « cousines ». Dans une expérience unique en son genre, des astronomes chasseurs de planètes ont utilisé le télescope spatial Hubble (HST) de la NASA pour observer les cousins ​​​​chauds de Jupiter, et parce que ces deux mondes lointains, gazeux et brûlants sont pratiquement identiques dans à la fois la taille et la température, encerclant leurs étoiles mères presque identiques à la même distance, les astronomes pensaient que leurs atmosphères seraient également similaires. Ce qu'ils ont trouvé les a surpris - l'un de ces mondes apparentés est plus nuageux que l'autre, et la différence entre ces mondes lointains est maintenant un délicieux mystère qui ne demande qu'à être résolu par des scientifiques planétaires curieux qui essaient de comprendre pourquoi cette différence existe entre deux de ces mondes étroitement liés.

Les scientifiques principaux, le Dr Giovanni Bruno du Space Telescope Science Institute (STSI) à Baltimore, Maryland, ont expliqué dans un communiqué de presse STSI du 5 juin 2017 que « ce que nous voyons en regardant les deux atmosphères, c'est qu'elles ne sont pas le même. Une planète–WASP-67b est plus nuageuse que l'autre–HAT-P-38b. Nous ne voyons pas ce à quoi nous nous attendons et nous devons comprendre pourquoi nous trouvons cette différence.

Les scientifiques planétaires ont utilisé la caméra à champ large 3 du HST pour observer les deux empreintes digitales spectrales des deux exoplanètes cousines, qui mesurent la composition chimique. L'effet des nuages ​​sur la signature spectrale de l'eau nous permet de mesurer la quantité de nuages ​​dans l'atmosphère. Plus de nuages ​​signifient que la pièce d'eau est réduite, a ajouté le Dr Bruno.

"Cela nous dit qu'il devait y avoir quelque chose dans leur passé qui change l'apparence de ces planètes", a-t-il continué à expliquer.

D'un point de vue historique, la chasse aux mondes extraterrestres lointains, situés dans les familles d'étoiles au-delà de notre propre Soleil, s'est avérée être une entreprise difficile. La découverte des premières exoplanètes il y a une génération représente clairement l'une des plus grandes réalisations de l'humanité. Repérer une planète géante, telle que Jupiter, le mastodonte à bandes de notre propre système solaire, a été comparé à l'observation de la lumière sautant d'un moucheron qui vole devant l'ampoule de 1 000 watts d'un réverbère lorsque l'observateur a 10 ans à des miles.

Plus l'exoplanète est petite, plus elle est difficile à découvrir. Par exemple, si un astronome extraterrestre, appartenant à une civilisation technologiquement avancée, partait à la recherche d'autres planètes dans des régions reculées de notre Voie lactée, il aurait du mal à trouver notre petite planète. C'est parce que notre Terre n'apparaîtrait que comme un point faible et insignifiant dans l'immensité de l'espace. En effet, notre planète est très bien cachée des astronomes extraterrestres indiscrets car l'éclat de notre étoile la submerge.

La première détection d'une exoplanète a eu lieu en 1988. Cependant, la première découverte confirmée a eu lieu en 1992, avec la détection de planètes étranges et hostiles encerclant un corps stellaire dense de la taille d'une ville appelé pulsar. Les pulsars sont les reliques persistantes d'étoiles massives qui ont péri dans la terrible fureur d'une explosion de supernova. Cet ultime flamboiement de gloire, furieux, fatal, marque la fin violente et catastrophique de la star-qui-était.

Les astronomes ont détecté la première exoplanète en orbite autour d'une étoile encore "vivante", comme notre propre Soleil, en 1995. Cependant, cette découverte historique a laissé la confusion dans son sillage. Le monde extraterrestre nouvellement découvert, surnommé 51 Pegasi b, ne ressemblait à rien de ce que les scientifiques planétaires pensaient pouvoir exister. 51 Peg b est un monde gazeux géant et chaud de Jupiter, comme Jupiter de notre système solaire, qui épouse étroitement son étoile mère dans une orbite de grillage beaucoup plus proche de son parent stellaire que l'orbite de Mercure autour de notre Soleil. Avant la découverte de 51 Peg b, la plupart des astronomes pensaient que les planètes gazeuses géantes ne pouvaient exister que beaucoup plus loin de leurs étoiles, comparable à la distance de Jupiter à notre Soleil. Jupiter est situé dans la région externe froide de notre système solaire.

La technique originale utilisée par les astronomes en 1995, la méthode Doppler Shift, favorise la découverte de planètes géantes tournant autour de leurs étoiles mères sur des orbites proches et en fusion. La méthode Doppler Shift recherche une minuscule oscillation induite sur une étoile par une planète en orbite. Plus la planète est grande, plus l'oscillation est importante et plus il est facile à repérer pour les astronomes chasseurs de planètes.

Au 1er juin 2017, 3 610 exoplanètes, habitant 2 704 systèmes planétaires, ont été découvertes et 610 systèmes planétaires multiples ont également été vérifiés. Depuis 2004, le télescope HARPS (High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher) de l'Observatoire Européen Austral (ESO) a détecté environ 100 exoplanètes, et depuis 2009, le télescope spatial Kepler de la NASA en a découvert plus de deux mille. Kepler a également repéré quelques milliers de planètes candidates, dont seulement 11 % environ pourraient s'avérer être des faux positifs. Les astronomes chasseurs de planètes estiment qu'environ 1 étoile sur 5 similaire à notre Soleil est en orbite autour d'une planète de la taille de la Terre située dans la zone habitable entourant leur étoile. La zone habitable d'une étoile est cette région de Boucle d'or où les températures ne sont ni trop chaudes, ni trop froides, mais juste ce qu'il faut pour que l'eau existe dans sa phase liquide vitale. Là où l'eau liquide existe, la vie peut potentiellement évoluer aussi. S'il y a 200 milliards d'étoiles habitant notre Galaxie, il se peut qu'il y ait 11 milliards de mondes de la taille de la Terre potentiellement habitables dans notre Voie Lactée. Ce nombre déjà énorme pourrait encore augmenter si les planètes entourant les nombreuses étoiles naines rouges à longue durée de vie sont incluses dans l'estimation. Les étoiles naines rouges sont les étoiles vraies les plus petites, les plus froides et les plus abondantes de notre Galaxie. Les naines rouges sont encore plus petites que notre propre petit Soleil, et elles peuvent potentiellement rester sur la séquence principale brûlant de l'hydrogène du diagramme de Hertzsprung-Russell de l'évolution stellaire pendant des milliards d'années. Pour cette raison, on pense généralement qu'il n'y a (encore) aucune relique naine rouge habitant le Cosmos. C'est parce que notre Univers a à peine 13,8 milliards d'années et qu'aucune naine rouge n'a eu le temps de mourir depuis le Big Bang.

L'exoplanète la moins massive découverte à ce jour est Draugr (PSR B1257+12A ou PSR B1257+12B), qui ne pèse que deux fois la masse de la Lune de notre planète. En revanche, l'exoplanète connue la plus massive est DENIS-P J082303.11-491201 b, et elle est environ 29 fois plus massive que Jupiter. Cependant, selon certaines définitions d'une planète, ce monde extrêmement vaste est trop massif pour être une planète et peut être un type d'étoile défaillante appelée naine brune. Les naines brunes sont des mondes distants relativement petits qui se forment probablement de la même manière que leurs véritables parents stellaires, mais ne parviennent jamais à atteindre la masse nécessaire pour allumer leurs feux à fusion nucléaire. Ces échecs stellaires sont vraiment d'une jolie couleur rose pourpre appelée magenta, et ils sont nés à la suite de l'effondrement d'une poche dense incrustée dans les plis tourbillonnants et ondulants d'un nuage moléculaire géant et froid, tout comme leurs parents stellaires plus réussis. .

Certaines exoplanètes s'accrochent étroitement à leur étoile mère sur des orbites si étroites et si agitées qu'il ne leur faut que quelques heures pour terminer une seule orbite. Cependant, il existe d'autres planètes extraterrestres qui mettent des milliers d'années à faire le tour de leur étoile. En effet, certaines exoplanètes sont si éloignées de leur étoile mère qu'il est parfois très difficile pour les astronomes de déterminer si elles y sont réellement liées gravitationnellement. Presque toutes les exoplanètes découvertes jusqu'à présent sont des habitants de notre propre galaxie de la Voie lactée, mais il y a également eu des détections d'une poignée d'exoplanètes extragalactiques intrigantes, mais toujours non confirmées. L'exoplanète la plus proche de la Terre est surnommée Proxima Centauri b, qui entoure Proxima Centauri, l'étoile la plus proche de notre propre Soleil. Proxima Centauri b n'est qu'à 4,2 années-lumière de la Terre.

Il existe également une forte population de planètes dites voyous, qui n'appartiennent à aucune famille d'étoiles, mais errent dans la nature sauvage de l'espace interstellaire sans étoile parente à appeler la leur. Hélas, ces mondes extraterrestres solitaires et solitaires étaient probablement autrefois membres d'un système planétaire, mais ont été brutalement expulsés par les coups gravitationnels des mondes frères, ou par la perturbation gravitationnelle causée lorsqu'une étoile voyageuse passait trop près de son propre parent stellaire. Les astronomes ont tendance à considérer ces mondes solitaires séparément, surtout s'il s'agit de planètes géantes gazeuses. Si tel est le cas, ces planètes voyous sont fréquemment classées comme des naines sous-brunes. Les planètes voyous qui parcourent notre Voie lactée peuvent se compter par milliards.

Nature contre. Nurture: L'étrange cas de l'exoplanète “Cousins”

Les deux exoplanètes « cousines » dépareillées, l'une nuageuse et l'autre claire, entourent leurs étoiles naines jaunes une fois tous les 4,5 jours terrestres. Les deux exoplanètes étreignent étroitement leur étoile mère, beaucoup plus étroitement que Mercure étreint notre Soleil. Cependant, il y a longtemps, les planètes ont probablement migré vers l'intérieur vers les feux éblouissants et la chaleur torride de leur parent stellaire depuis les régions les plus éloignées où elles sont nées.

Il est possible qu'une planète se soit formée différemment d'une autre à la suite de circonstances différentes. « Vous pouvez dire que c'est la nature contre l'éducation. À l'heure actuelle, ils semblent avoir les mêmes propriétés physiques. Donc, si leur composition mesurée est définie par leur état actuel, alors elle devrait être la même pour les deux planètes. Mais ce n'est pas le cas. Au lieu de cela, il semble que leurs antécédents de formation pourraient jouer un rôle important », a expliqué le co-chercheur de l'étude, le Dr Kevin Stevenson, dans le communiqué de presse STSI du 5 juin 2017.

Les nuages ​​​​de ce duo distant de géantes gazeuses comme Jupiter brûlantes ne ressemblent pas aux nuages ​​​​que nous voyons sur Terre. Au lieu de cela, ces nuages ​​très extraterrestres sont probablement des nuages ​​alcalins. Cela signifie qu'ils sont probablement constitués de molécules telles que le sulfure de sodium et le chlorure de potassium. La température moyenne sur chacune de ces planètes en train de griller est de plus de 1 300 degrés Fahrenheit.

Les deux exoplanètes sont également verrouillées en raison de la marée. Cela signifie qu'ils montrent toujours le même côté face à leur parent stellaire. Les deux mondes ont un côté jour extrêmement chaud et un côté nuit plus frais.

L'équipe d'astronomes vient tout juste de commencer à comprendre quels facteurs sont importants pour rendre certaines exoplanètes nuageuses, contrairement à d'autres qui sont claires. Afin de mieux comprendre à quoi ressemblaient les passés mystérieux des planètes, les scientifiques auront besoin d'observations futures avec le HST et le télescope spatial James Webb, qui sera bientôt lancé.

Les résultats de l'équipe ont été présentés le 5 juin 2017 lors de la 230e réunion de l'American Astronomical Society à Austin, au Texas.

Judith E. Braffman-Miller est une écrivaine et astronome dont les articles sont publiés depuis 1981 dans divers journaux, magazines et revues. Bien qu'elle ait écrit sur une variété de sujets, elle aime particulièrement écrire sur l'astronomie car cela lui donne l'occasion de communiquer aux autres les nombreuses merveilles de son domaine. Son premier livre, "Wisps, Ashes, and Smoke", sera bientôt publié.


Parce que les exoplanètes ne se soucient pas de ce que les humains pensent être impossible

Les planètes super-bouffantes sont les moins denses de toutes les exoplanètes. Même ceux-ci, cependant, étaient considérés comme ayant une limite inférieure à leurs densités. Cette nouvelle étude remet en question ces anciennes hypothèses.

L'équipe de Piaulet a analysé les données enregistrées à l'observatoire Keck à Hawaï, afin de mieux comprendre la masse et la composition de cette exoplanète, découverte en 2017.

Ils ont utilisé la méthode de la vitesse radiale, examinant l'oscillation créée par une étoile lorsqu'une planète tourne autour d'elle. L'équipe a déterminé que WASP-107b est centré sur un noyau solide à peine quatre fois plus massif que la Terre.

Cela suggérerait que plus de 85% de la masse du monde est contenue dans son atmosphère. Neptune, la planète la plus similaire de notre système solaire, ne détient que 10 à 15 % de sa masse dans son atmosphère.

« Nous avions beaucoup de questions sur le WASP-107b. Comment une planète d'une si faible densité a-t-elle pu se former ? Et comment a-t-il empêché son énorme couche de gaz de s'échapper, d'autant plus que la planète est proche de son étoile ? » Piaulet décrit.

L'examen de l'atmosphère de WASP-107b, à l'aide du télescope spatial Hubble, a montré peu de méthane dans l'air entourant cette exoplanète inhabituelle, où les chercheurs s'attendaient à trouver des concentrations plus élevées.


Le vaisseau spatial Kepler de la NASA tourne autour du soleil, sur une orbite similaire à la nôtre. Lancé en 2009 et nommé d'après l'astronome Johannes Kepler, aide aux devoirs en informatique de la Renaissance, la mission de Kepler, comme celle de nombreux télescopes au sol, est d'étudier une partie de la Voie lactée et de découvrir des exoplanètes - des planètes en dehors de notre système solaire. À terme, nous espérons trouver un monde habitable. L'élan pour trouver un tel monde fait écho à une situation familière qui a récemment été révélée dans le film Pixar Mur-E. Et si la Terre devenait un jour inhabitable et que les humains devaient déménager dans une nouvelle maison ? Idéalement, nous préférerions trouver une planète comme la nôtre plutôt que de passer nos journées dans un vaisseau spatial flottant librement. Mis à part la colonisation, le simple fait de savoir si la vie existe ailleurs répondrait à l'une des questions les plus fascinantes de l'humanité : qu'y a-t-il d'autre là-bas ?

Au 13 juillet 2013, près de 1000 exoplanètes ont été identifiées, dont un quart pourrait être habitable [1,2,4]. Le nombre de planètes candidates, ou de planètes détectées par une méthode mais pas encore confirmées par une autre, se compte par milliers, et chaque mois, le télescope Kepler en repère à lui seul des centaines d'autres. Les scientifiques estiment que chaque étoile de notre galaxie a au moins une planète en orbite. Cela signifie que notre galaxie abrite probablement au moins 100 milliards d'exoplanètes et potentiellement 17 milliards de planètes de la taille de la Terre, parfois appelées Terre jumelle ou Terre 2.0 [1,2,3].

Comment trouve-t-on les exoplanètes ?

Si vous regardez à travers un télescope dans un ciel nocturne clair, vous pourrez peut-être repérer les anneaux de Saturne. En termes de distance, Saturne est à 1,5 lumière les heures loin, ce qui signifie que la lumière des anneaux de Saturne prend une heure et demie pour nous atteindre. L'exoplanète candidate la plus proche, Alpha Centauri Bb, est de 4,4 lumière années loin [], ce qui signifie que la lumière de cette planète met 4,4 ans pour nous atteindre. En conséquence, moins de 5% des exoplanètes peuvent être vues avec des télescopes.

Comment, alors, avons-nous pu trouver le reste des exoplanètes ? Bien qu'elles ne soient pas utilisées par Kepler, la plupart des exoplanètes ont été découvertes à l'aide d'une technique appelée vitesse radiale ou spectroscopie Doppler. Le principe de cette technique est que nous pouvons détecter de minuscules changements dans la vitesse radiale d'une étoile causés par une planète en orbite. La vitesse radiale d'une étoile est la vitesse à laquelle elle se rapproche ou s'éloigne d'un observateur. L'attraction gravitationnelle d'une planète en orbite tire sur l'étoile mère et fait que l'étoile « vacille » ou se déplace autour de son centre de gravité commun. Au fur et à mesure que la planète se déplace autour de l'étoile, l'observateur voit un changement dans la vitesse radiale de l'étoile. Ce changement de vitesse radiale dépend de la taille de la planète et de sa distance à l'étoile. Une planète plus grande et plus proche de son étoile mère entraînera un déplacement plus important de la vitesse radiale. Jupiter, par exemple, décale notre soleil de 12 m/s tandis que la Terre le décale de moins de 0,1 m/s car la Terre est beaucoup plus petite que Jupiter [3,5]. Ci-dessous, vous pouvez voir comment le mouvement d'une planète autour d'une étoile donne l'impression qu'elle se rapproche ou s'éloigne d'un observateur.

Image de Reyk via Wikimedia Commons.

Les instruments de spectroscopie Doppler actuels ne sont précis que pour

1m/s. Cela signifie que les scientifiques ne peuvent pas utiliser cette méthode pour découvrir des planètes plus petites qui décalent la vitesse radiale de leur étoile mère de moins de 1 m/s, et cette méthode incite les scientifiques à trouver des planètes plus grandes. L'avantage de la spectroscopie Doppler est qu'elle ne nécessite pas un équipement plus complet qu'un spectromètre bien réglé, un instrument qui détecte les émissions lumineuses (d'où pas besoin d'énormes télescopes ou même de télescopes spatiaux). La raison de cette simplicité est que nous n'observons pas directement l'étoile, mais que nous recherchons des changements dans l'émission lumineuse de l'étoile qui pourraient suggérer une oscillation. L'inconvénient de la spectroscopie Doppler est qu'elle nécessite du temps, environ 500 à 1000 observations par étoile bancale [] et ne peut être utilisée qu'avec des étoiles dont l'oscillation les amène à se rapprocher et à s'éloigner de nous par opposition à côte à côte montré ici .

Image de Reyk via Wikimedia Commons.

L'autre méthode de détection d'exoplanètes dominante est la méthode du transit. Lorsqu'une planète passe entre son étoile mère et un observateur, la luminosité observée de l'étoile diminue. Cette baisse de luminosité stellaire est ce que les télescopes spatiaux comme Kepler captent. Les planètes de la taille de Jupiter peuvent bloquer jusqu'à 1% de la lumière de l'étoile alors que les planètes de la taille de la Terre ne peuvent bloquer que 0,01%. La détection de planètes plus petites, comme la Terre, dépend fortement de la précision et du timing. La méthode dans son ensemble a été comparée à la détection d'une mouette survolant le faisceau d'un phare []. Ci-dessous une figure adaptée de La science magazine qui montre une planète se déplaçant à travers une étoile et les variations résultantes de la luminosité stellaire et de la vitesse radiale (Stellar RV) []. Dans le panneau B, notez la baisse de la luminosité stellaire et le « oscillation » sur la courbe de vitesse radiale au fur et à mesure que la planète passe.

Figure 1. Illustration d'une orbite planétaire et de son effet sur la luminosité stellaire et la RV. (A) La planète orbite autour de l'étoile mère dans le sens inverse des aiguilles d'une montre et éclipse l'étoile. (B) L'observateur détecte la planète soit par la baisse de la luminosité stellaire (méthode de transit) soit par l'oscillation dans le RV stellaire (spectroscopie Doppler). Les deux méthodes sont nécessaires pour confirmer l'existence d'une planète. D'après A. W. Howard, « Propriétés observées des planètes extrasolaires », La science 340, 572 (2013). Réimprimé avec la permission de l'AAAS.

La spectroscopie Doppler et la méthode du transit sont complémentaires. La méthode de transit produit fréquemment des faux positifs (signaux de «planètes» qui sont dus à autre chose) et s'appuie sur des méthodes au sol comme la spectroscopie Doppler pour confirmer l'existence d'une planète. De plus, alors que la taille et l'orbite de la planète peuvent être déduites des données de transit, la masse, le plus souvent, ne le peut pas. La masse, cependant, peut être mesurée à partir d'observations de spectroscopie de suivi []. Ensemble, les deux méthodes fournissent la majeure partie des attributs physiques d'une planète : la masse et le rayon. La densité peut alors être calculée en divisant la masse de la planète par son volume.

Une fois que les scientifiques connaissent la masse, le rayon et la densité, ils peuvent faire des suppositions éclairées sur l'atmosphère et la composition du noyau d'une exoplanète. Par exemple, une exoplanète de faible densité (

0,5 g/cm 3 par rapport à la densité de 5,5 g/cm 3 de la Terre) mais une masse relativement importante (8 fois plus lourde que la Terre) peut suggérer une quantité substantielle de gaz plus légers (comme l'hydrogène et l'hélium) dans l'atmosphère. Une exoplanète à haute densité (

9 g/cm 3 ) et une masse relativement petite (4 fois plus lourde que la Terre) est plus susceptible d'avoir un noyau de roche/fer avec peu ou pas d'atmosphère []. Les exoplanètes dont la densité est proche de celle de l'eau peuvent être des « mondes aquatiques » recouverts d'océans ou de plaques de glace [].

L'imagerie directe est nécessaire pour vraiment déterminer la composition d'une planète. Cette approche recueille la lumière de la planète elle-même et la disperse dans un spectre []. Les coronagraphes (accessoires télescopiques conçus pour bloquer la lumière) sont utilisés pour bloquer la lumière de l'étoile mère. Les émissions de lumière infrarouge de la planète sont ensuite mesurées, car les planètes sont généralement plus lumineuses dans l'infrarouge qu'elles ne le sont dans la lumière visible. Néanmoins, recueillir la lumière de la planète n'est pas toujours facile. L'étoile mère est des millions à des milliards de fois plus brillante que la planète et il est parfois impossible de retirer une planète de l'éblouissement de son étoile. C'est beaucoup plus facile s'il s'agit d'une grande planète en orbite large autour d'une étoile sombre. Exoplanets like this are usually large and gas-filled, and are what we find most often.

Other Worlds

While astronomers watch intently for exoplanets showing up as small blips in stellar radial velocity or stellar brightness, the general public envisions exoplanets as the artist renders them, orbs aglow in the finest stardust. But what are some of these worlds really like? In our search for the habitable, we have come across worlds that are truly alien. There are pulsar planets that orbit fast spinning pulsar stars left behind after a supernova. These stars are very dense and emit pulses of electromagnetic radiation. Planets orbiting pulsar stars are trapped by the star’s strong gravitational field and become very dense themselves one such planet is said to be made of pure diamond. There are rogue planets that orbit no star and float aimlessly through space, homeless and exceptionally cold. There are also circumbinary planets that orbit binary stars or two star systems and thus see two suns. And, in stark contrast to the water worlds mentioned above, there are also volcanic worlds, planets so tethered to their parent stars that they see nothing but 4000°F heat and rain of molten rock [].

Exoplanets also come in an assortment of sizes, from the very large Jupiter-size planets, to the modest, Earth-size ones. Jupiter-size planets make up the majority of confirmed exoplanets. Puffy planets are hot, Jupiter-size planets that are so light they could float on water if given a large enough tub. One size down from the Jupiters are the Neptunes and the mini-Neptunes. One size down from the Neptunes are the Super-Earths and the Earth-size planets []. Below is a table that illustrates the current common mass classification of exoplanets in terms of size with respect to Earth. An exoplanet with enough pull, usually a Jupiter sized one, may even have an exomoon spinning faithfully around it.

How close are we to ET?

Although we have discovered many different types of planets, we have not yet found extraterrestrial life. Nonetheless, current instruments are probing for the likes of ET in the habitable zones of planet-sustaining stars. The “habitable zone” is the region around a star where a planet can have the right temperature to maintain liquid water [7,8]. The zone changes with the type of planet and type of star a larger, brighter star, for instance, has a wider habitable zone and a drier, rockier planet may only be habitable at the inner edge of the zone. It is important to note that just because a planet is in the habitable zone does not mean it is habitable [8,10]. Venus, Mars, and Earth all fall within our sun’s habitable zone however, Venus is too hot and Mars is too cold but Earth, as Goldilocks might say, is just right. To search for life, scientists look for exoplanet emissions of biosignature gases that can be detected by spectrometers []. Biosignature gases are produced by life on the planet (microbes, plants, people, etc) and gather in the atmosphere at high levels. Today’s telescopes do not have the capacity to detect these gases but future telescopes may. Hence the race to find life is also a race to advance science.

A conventional habitable planet is covered in liquid water. Water is the crux of life as we know it but perhaps this is not the case for every planet, perhaps somewhere in the ether is a gas planet teeming with new life. Given the number of exoplanets in our galaxy, other possibilities may very well exist. As stated in a recent Science article, ‘planet habitability is planet specific’ [] and no universal rule can apply.

Weike Wang is a graduate student at the Harvard School of Public Health

Les références:

[] J. Schneider The Extrasolar Planets Encyclopedia http://exoplanet.eu/catalog.php.

[] Homepage for Kepler Telescope http://kepler.nasa.gov/

[] Exoplanets, Worlds Beyond our Solar System (space.com) http://www.space.com/17738-exoplanets.html

[] M. Cruz, R. Coontz, “Alien Worlds Galore”, Science 340, 565 (2013).

[] Y. Bhattacharjee, D. Clery “A Gallery of Planet Hunters”, Science 340, 566 (2013).

[] L. Wade, “A Glossary of Their Quarry”, Science 340, 570 (2013).

[] A. W. Howard, “Observed Properties of Extrasolar Planets”, Science 340, 572 (2013).

[] S. Seager, “Exoplanet Habitability” Science 340, 577 (2013).


What is the Least Dense Exoplanet?

In order to calculate a crude, average density we need a mass and radius estimate or measurement for an exoplanet (and a spherical geometry is usually assumed). However, the majority of exoplanets do not have radius (or any kind of size) measurement. For example, on 3 August, 2012, out of 777 confirmed exoplanets, only 252 (just over 32%) had a radius measurements, and only 241 had both mass and radius measurements. Therefore, if we ask &ldquoWhat is the least dense exoplanet?&rdquo we must remember that we can only answer this question for a fraction of the confirmed exoplanets. Using the same example, on that date, the least dense exoplanet in the Extrasolar Planets Encylopedia catalog was WASP-17 b. This planet has about half of the mass of Jupiter contained within a size that is about twice that of Jupiter, so we could expect the density to be about a sixteenth of Jupiter. Using the exact numbers give a density of .0616$ times that of Jupiter, or about .0148$ times that of Earth. This translates into about .082 < m g cm>^<-3>$, compared to Earth's $5.513 < m g cm>^<-3>$. You will have to consult the original data in the table to figure out a reasonable estimate for the margin of error on the density, given the uncertainties on the mass and radius estimates (also see the important caveat at the end of this article).

You can get instant access to the book Exoplanets and Alien Solar Systems:

For a sphere, density is proportional to mass times radius cubed. If you would like to be able to find out yourself what is the least dense exoplanet found so far, here is how you do it. Go to the Extrasolar Planets Encylopedia catalog page. You will then have to download the data table using one of the options given just above the table header. Read the columns of data into an application or program that you are familiar with (for example, EXCEL). Then follow the instructions on the exoplanets density distribution page of this website.


Because exoplanets don’t care what humans think is impossible

An artistic rendition of the exoplanet WASP-107b and its star, WASP-107. Some of the star’s light streams through the exoplanet’s extended gas layer. Image credit: ESA/Hubble, NASA, M. Kornmesser

Super-puff planets are the least dense of all exoplanets. Even these, however, were thought to have a lower limit to their densities. This new study challenges these old assumptions.

Piaulet’s team analyzed data recorded at the Keck Observatory in Hawaii, in order to better understand the mass and composition of this exoplanet, discovered in 2017.

They utilized the radial velocity method, examining the wobble created by a star as a planet orbits around it. The team determined that WASP-107b is centered on a solid core just four times more massive than Earth.

This would suggest that over 85% of the mass of the world is contained in its atmosphere. Neptune — the most similar planet in our solar system — holds just 10 to 15% of its mass in its atmosphere.

“We had a lot of questions about WASP-107b. How could a planet of such low-density form? And how did it keep its huge layer of gas from escaping, especially given the planet’s close proximity to its star?” Piaulet descibes.

Examination of the atmosphere of WASP-107b, using the Hubble Space Telescope, showed little methane in the air surrounding this unusual exoplanet, where researchers expected to find higher concentrations.


Astronomers find an atmosphere around a nearby Earth-sized exoplanet! But what's it made of?

Gliese 1132 is a red dwarf, a small, cool, low-mass star. It’s so faint a star that even though it’s relatively close by at 39 light-years from Earth, you need a decent telescope to see it at all.

Plus de mauvaise astronomie

In 2005, though, when astronomers did point their telescopes at it, they discovered a planet orbiting it! Called GJ 1132b*, the exoplanet orbits the star nearly edge-on as seen from Earth, so once every orbit it passes directly in front of its star, what we call a transit. It blocks a small fraction of the starlight, revealing its presence as a slight dimming in the star. Knowing how much light was blocked and the size of the star, the size of the exoplanet can be determined. For GJ 1132b, it’s a smidge over 1.4 times the size of the Earth: a super-Earth.

That’s the size of the solid part, at least. New observations have done something astonishing: They’ve revealed the planet has an atmosphere, potentially a thick one composed of water, hydrogen and/or methane!

If the planet orbit is face-on to us, we see no transit. If it's edge-on, we do. Credit: Greg Loughlin

Still, this is pretty exciting: It’s only the second near-Earth-sized world found to have an atmosphere detected, and smaller and closer than the other (55 Cancri e is twice the diameter of Earth and 40 light years away). This makes it a good testbed for our observational capabilities, and for modeling the physical characteristics of the planet.

The atmosphere was detected in a clever way. Using the 2.2-meter MPG telescope in Chile, astronomers observed the star GJ 1132 using multiple filters simultaneously that only allowed specific colors of starlight to be seen. These covered the wavelengths of light we can see with our eyes, as well as infrared light. The exoplanet takes 1.6 Earth days to orbit, and they watched it pass a total of nine times in front of its star. This allowed them to get good data and see what’s what.

They found that in seven of the filters, the planet’s size was consistent. But in two filters (a near-infrared one called the z filter and another in the infrared called K) the star dimmed more than expected, meaning the planet was larger than expected. Dans le z filter the effect was particularly strong, and it just so happens that this color of light is preferentially absorbed by water vapor and methane! The simplest explanation is that in seven of the filters they were seeing the solid body of the planet dimming the starlight, but in those two remaining filters they’re seeing the atmosphere as well.

It’s hard to know exactly what the atmosphere is made of or how thick it is from these observations alone, but they are a big milestone along the way to that knowledge. And they are enough to give us some ideas.

For example, an Earth-like mix of materials in the solid planet itself (33% iron, 67% rocky silicates) is inconsistent with what they saw the planet must be less dense than Earth. The models suggest a wide range of potential composition it could be entirely made of rock (and would probably have a molten surface), or the surface could be rich in water. At that temperature the water would create a very thick atmosphere of water vapor and molecular hydrogen (H2). Interestingly, the GJ 1132b is close enough to its star to be tidally locked, spinning once for every time it goes around the star. Its year and day are the same length, so it shows one forever sunlit side to the star, with the other half facing away in eternal night. This would create some interesting weather on the planet!

But that’s a bit speculative. The beauty of this is that the star is bright enough, and the planet big enough, that more observations with different telescopes should be attainable to narrow down the range of potential conditions. Right now we don’t know a huge amount about it, but we may know a lot more soon.

And don’t let what we don’t know obscure what we fais. The first exoplanet was discovered in 1992. Just 25 years ago! Since that time, we’ve found thousands more, from dinky rocks the size of Mercury to behemoths many times the mass of Jupiter. We’ve seen them around dim cool stars and big hot ones, orbiting them close in and far away. We’ve also seen multiple planets in systems, and several stars that host planets that are similar in size to Earth. And perhaps most excitingly, we’ve detected quite a few exoplanets orbiting at the right distance from their star to have liquid water on their surface.

We still haven’t found that first golden planet, one that is Earth-aimer. But we’re getting closer to being able to do so, and if it’s out there —and we think there are billions of them out there— we’ll find it.

* The star is the 1132 nd entry in the Gliese catalog of nearby stars. Wilhelm Gliese collaborated with Hartmut Jahreiss in 1979 to extend the catalog to more stars, so stars are given the abbreviation GJ.