L’exoplanète « barbe à papa » intrigue les scientifiques

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Avec une masse proche de celle de Neptune et un rayon de la taille de Jupiter, l’exoplanète WASP-107b présente un défi aux théories de la formation planétaire. Sa densité est bien inférieure à ce que l’on pensait nécessaire à la formation de planètes gazeuses géantes, telles que Jupiter et Saturne.

WASP-107b est l’une des exoplanètes les moins denses connues: un type que les astrophysiciens ont surnommé les planètes «superpuff» ou «barbe à papa». Une nouvelle découverte suggère que les planètes géantes gazeuses se forment beaucoup plus facilement qu’on ne le croyait auparavant.

Découverte en 2017 dans la constellation de la Vierge (environ 212 années-lumière), WASP-107b est aussi grande que la plus grande planète de notre système solaire, mais dix fois plus légère selon une nouvelle étude publiée dans Journal astronomique. L’exoplanète est toujours 16 fois plus proche de son étoile que la Terre ne l’est du Soleil, ce qui en fait « l’une des cibles les plus favorables pour la caractérisation atmosphérique », selon l’étude.

«Nous avions beaucoup de doutes sur le WASP-107b», explique Caroline Piaulet, de l’Institut de recherche sur les exoplanètes de l’Université de Montréal (iREx). «Comment une planète d’une densité aussi faible pourrait-elle se former? Et comment a-t-il empêché son énorme couche de gaz de s’échapper, surtout compte tenu de la proximité de la planète avec son étoile? Cela nous a motivé à faire une analyse approfondie pour déterminer son histoire de formation ».

Lexoplanete barbe a papa intrigue les scientifiques

Illustration de planètes « barbe à papa » en orbite autour de l’étoile Kepler 51, découverte en 2014. Ces planètes ont toutes à peu près la taille de Jupiter, mais une petite fraction de leur masse. Image: NASA / ESA / L. Hustak, J. Olmsted, D. Player et F. Summers (STScI)

Naissance troublée

À partir des données recueillies par l’observatoire Keck à Hawaï, les scientifiques ont déterminé qu’avec une densité aussi faible, l’exoplanète doit avoir un noyau solide au plus quatre fois la masse de la Terre. Cela signifie que plus de 85% de sa masse est incluse dans l’épaisse couche de gaz qui entoure ce noyau.

En comparaison, Neptune, qui a une masse similaire à WASP-107b, n’a que 5% à 15% de sa masse totale dans sa couche de gaz. «Pour WASP-107b, le scénario le plus plausible est que la planète s’est formée loin de l’étoile, où le gaz dans le disque protoplanétaire est suffisamment froid pour que l’accumulation de gaz puisse se produire très rapidement», explique Piaulet. « Plus tard, la planète a pu migrer vers sa position actuelle, soit par des interactions avec le disque, soit avec d’autres planètes du système. »

Les planètes se forment dans le disque de poussière et de gaz qui entoure une jeune étoile – le soi-disant disque protoplanétaire. Sur la base de Jupiter et de Saturne, les chercheurs ont créé un modèle pour la formation de planètes géantes gazeuses dans lesquelles un noyau solide au moins 10 fois plus massif que la Terre est nécessaire pour accumuler une grande quantité de gaz avant que le disque ne se dissipe.

Sans ce noyau massif, les géantes gazeuses n’étaient pas considérées comme capables de franchir le seuil critique nécessaire pour construire et conserver leurs grandes enveloppes de gaz. Jusqu’à ce que WASP-107b soit découvert.

Frère planète

Les observations du système WASP-107 constituaient encore une nouvelle surprise. La période d’observation étant plus longue que lors des études précédentes, l’équipe de recherche a fait une découverte supplémentaire: l’existence d’une deuxième planète, WASP-107c, avec une masse d’environ un tiers de celle de Jupiter, considérablement plus dense que le WASP-107b.

La nouvelle exoplanète est également beaucoup plus éloignée de l’étoile centrale du système, et il faut trois ans pour terminer une orbite – alors que WASP-107b ne prend que 5,7 jours. Les scientifiques ont également réalisé que l’excentricité de cette deuxième planète est élevée, ce qui signifie que sa trajectoire autour de son étoile est plus ovale que circulaire.

«Le WASP-107c, à certains égards, a gardé un souvenir de ce qui s’est passé dans votre système», explique Piaulet. «Sa grande excentricité suggère un passé très chaotique, avec des interactions entre les planètes qui ont pu conduire à des déplacements importants, comme celui de WASP-107b», ajoute-t-il.