Deux planètes ‘super-gonflées’ défient la physique : ces géantes gazeuses sont plus légères que la barbe à papa
Image à la une : Illustration artistique du système TOI-791 montrant deux planètes super-gonflées en orbite autour de leur étoile. Crédit : NASA/Daniel Rutter
Des astronomes ont confirmé l’existence d’une paire de planètes si incroyablement peu denses qu’elles font paraître la barbe à papa dense par comparaison. Les deux géantes gazeuses orbitant autour de l’étoile TOI-791, à environ 1 120 années-lumière dans la constellation australe des Voiliers, sont les planètes les moins denses jamais découvertes. La planète intérieure, TOI-791 b, affiche une densité de seulement 0,038 gramme par centimètre cube, soit environ un tiers de la densité de la barbe à papa.
Pour mettre cela en perspective, Jupiter a une densité de 1,33 g/cm³. Saturne, la planète la moins dense de notre Système solaire, flotte à 0,69 g/cm³. La Terre, avec sa composition rocheuse, pèse 5,5 g/cm³. TOI-791 b a approximativement le même diamètre que Jupiter mais ne possède que 3 % de sa masse. Sa voisine, TOI-791 c, est en réalité plus grande que Jupiter avec encore moins de masse.
Ces résultats ont été publiés dans les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS) et annoncés la semaine dernière par une équipe dirigée par le Dr George Dransfield de l’Université d’Oxford.
“On connaît une poignée de ces planètes super-gonflées, et il est encore plus rare d’en trouver deux dans le même système,” a déclaré Dransfield. “Leurs densités extrêmement faibles en font des cibles fascinantes pour comprendre comment les systèmes planétaires se forment et évoluent.”
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Mesurer la masse d’une planète qui n’est essentiellement qu’une enveloppe gazeuse ténue pose des défis sérieux. L’équipe a réussi cet exploit en utilisant une technique appelée variations de timing de transit (TTV), qui exploite la danse gravitationnelle entre les deux planètes. Lorsque chaque planète transite devant son étoile, la gravité de l’autre la tire légèrement en avant ou en arrière, produisant des décalages mesurables dans le timing de chaque transit. Ces minuscules variations révèlent les masses des planètes.
Les données proviennent du satellite TESS de la NASA, qui a observé le système pendant sept ans sur 1 122 jours d’observation totale. Mais capturer l’image complète a nécessité une aide au sol depuis un endroit inhabituel : l’Antarctique.
Le télescope ASTEP, exploité par l’Université Côte d’Azur à la Station Concordia en Antarctique, a été crucial pour observer les transits exceptionnellement longs des planètes. TOI-791 b orbite autour de son étoile tous les 139 jours, et TOI-791 c tous les 232 jours, bien plus longtemps que la plupart des exoplanètes en transit connues, qui tournent généralement autour de leurs étoiles en quelques jours ou semaines. Chaque transit dure plus de 11 heures, les transits planétaires continus les plus longs jamais entièrement observés depuis le sol. Les mois d’obscurité hivernale ininterrompue de l’Antarctique en ont fait le seul endroit sur Terre où ces observations marathoniennes pouvaient réussir.
Les planètes sont verrouillées dans une résonance de mouvement moyen 5:3 : pour cinq orbites de TOI-791 b, TOI-791 c en complète presque exactement trois. Cette résonance a non seulement permis les mesures de masse, mais fournit également des indices sur l’histoire dynamique du système, suggérant que les planètes ont migré vers l’intérieur ensemble à travers le disque protoplanétaire au début de la formation du système.
Un casse-tête pour les modèles de formation planétaire
Les planètes super-gonflées remettent en question le modèle standard d’accrétion de noyau de la formation des planètes géantes. Cette théorie soutient qu’un noyau solide d’environ 10 masses terrestres est nécessaire pour déclencher une accrétion gazeuse rapide. TOI-791 b, avec seulement 3 % de la masse de Jupiter répartis sur un volume de la taille de Jupiter, semble manquer de tout noyau substantiel.
L’hypothèse principale est que ces planètes ont accumulé d’énormes atmosphères d’hydrogène et d’hélium loin de leur étoile dans les régions froides du disque protoplanétaire, où le gaz pouvait refroidir et se rassembler rapidement autour d’un germe beaucoup plus petit. Leurs orbites actuelles, à 0,6 et 0,86 unités astronomiques (approximativement la distance de Vénus au Soleil), suggèrent qu’elles ont ensuite migré vers l’intérieur.
Jon Jenkins, responsable scientifique au NASA Ames Research Center, a déclaré que ces mondes représentent “un casse-tête à résoudre sur la façon dont les planètes géantes comme Jupiter et les super-gonflées se forment.”
Seuls quatre autres systèmes sont connus pour héberger plusieurs planètes super-gonflées, faisant de TOI-791 un laboratoire exceptionnellement rare pour la science planétaire comparative. L’équipe a déjà proposé des observations de suivi avec le télescope spatial James Webb pour évaluer si les atmosphères gonflées contiennent des molécules carbonées, azotées et oxygénées, ce qui révélerait comment ces mondes inhabituels se sont formés et ont évolué.
Le professeur Amaury Triaud de l’Université de Birmingham, chercheur principal britannique du projet ASTEP, a déclaré que les observations du JWST pourraient révéler “de nouvelles perspectives sur la façon dont ces planètes inhabituelles se sont formées.”
La découverte met également en lumière la valeur de la science citoyenne. Les candidats pour les deux planètes ont été initialement repérés par le projet Planet Hunters TESS, un effort bénévole qui engage des astronomes amateurs à analyser les données de TESS pour détecter des signaux de transit. TOI-791 b a été identifiée en 2019 et TOI-791 c en 2023, des années avant que les astronomes professionnels ne confirment la découverte.
“Cette découverte souligne l’importance d’une collaboration internationale continue en astronomie,” a déclaré le professeur Tristan Guillot de l’Université Côte d’Azur, chercheur principal d’ASTEP. “Réunir des observations de l’Antarctique, des télescopes spatiaux et des observatoires de plusieurs continents était essentiel pour révéler la véritable nature de ces planètes extraordinaires.”
Traduit par Lydie pour 1ban.news