Nouvelles perspectives sur les saisons d’une planète hors de notre système solaire

Des observations sur une Jupiter chaude pourraient nous aider à mieux comprendre l’origine et l’évolution des planètes

Représentation artistique de XO-3b, une exoplanète étudiée avec le télescope spatial Spitzer. Crédits : NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (IPAC).

Imaginez un endroit où les vents sont tellement forts qu’ils soufflent à la vitesse du son. Ce n’est là qu’une caractéristique de l’atmosphère sur XO-3b, une exoplanète de type Jupiter chaude. L’orbite excentrique de la planète entraîne également des variations saisonnières des centaines de fois plus intenses que sur la Terre.

Dans un article publié récemment, une équipe de chercheurs dirigée par Lisa Dang, une membre de l’iREx qui étudie au doctorat à l’Université McGill, apporte un nouvel éclairage sur les saisons de cette planète géante qui se trouve tout près de son étoile. Les chercheurs avancent que l’orbite ovale, les températures à la surface extrêmement élevées (2 000 °C; une chaleur suffisante pour vaporiser la roche) ainsi que la très faible densité de XO-3b sont révélatrices de l’histoire de la planète. Ces découvertes pourraient permettre de faire progresser les connaissances scientifiques sur la formation et l’évolution des exoplanètes et de mieux comprendre les planètes de notre système solaire.

Lisa Dang | ComSciCon

Lisa Dang, une étudiante au doctorat qui est membre de l’iREx, a dirigé ces recherches sur l’exoplanète XO-3b.

Les Jupiters chaudes sont des gigantesques corps gazeux comme Jupiter, mais qui orbitent plus près de leur étoile que Mercure du Soleil. Bien qu’il n’y en ait pas dans notre système solaire, elles sont relativement communes dans la galaxie. Comme leur grande taille et leur proximité de leur étoile les rend plus faciles à détecter, c’est un des types d’exoplanètes les plus étudiés. D’importantes questions sur leur formation demeurent toutefois sans réponse. Pourrait-il exister des sous-classes de Jupiters chaudes qui se formeraient différemment? Par exemple, ces planètes prennent-elles forme loin de leur étoile – à une distance où il fait suffisamment froid pour que des molécules comme celles de l’eau se solidifient – ou plutôt près de leur étoile? La première option concorde davantage avec les théories sur la naissance des planètes dans notre système solaire, mais on ignore encore pourquoi ces types de planètes migrent si près de leur étoile, et ce qui freine ce déplacement.

Pour mettre ces idées à l’épreuve, les auteurs de l’étude menée par Lisa Dang ont utilisé des données du télescope spatial Spitzer de la NASA – récemment mis hors service – afin d’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 la courbe de phase de la planète durant une révolution complète autour de son étoile hôte.

Une orbite excentrique aux effets remarquables

« Cette planète est un cas extrêmement intéressant pour l’étude de la dynamique de l’atmosphère et de l’évolution intérieure, car sa masse se situe dans une catégorie intermédiaire où les processus normalement négligés pour des Jupiters chaudes moins massives pourraient entrer en jeu », explique Lisa Dang, qui est l’auteure principale de l’article publié dans The Astronomical Journal. « L’orbite de XO-3b est ovale et non circulaire comme c’est le cas de presque toutes les autres Jupiters chaudes connues. Cela donne à penser que cette planète a récemment migré vers son étoile. Si c’est le cas, son orbite deviendra un jour plus circulaire. »

L’orbite excentrique de la planète entraîne également des variations saisonnières des centaines de fois plus intenses que sur la Terre. « La planète entière reçoit trois fois plus d’énergie quand elle est à proximité de son étoile, durant un genre de court été, que lorsqu’elle est loin de son étoile », indique Nicolas Cowan, professeur à l’Université McGill et aussi membre de l’iREx.

Les chercheurs ont également estimé de nouveau la masse et le rayon de la planète et découvert que cette dernière était étonnamment plus dilatée que ce à quoi ils s’attendaient. Ils avancent que ce réchauffement pourrait être dû aux restes d’une fusion nucléaire.

Une planète qui produit sa propre chaleur

Des observations réalisées dans le cadre de Gaia, une mission de l’Agence spatiale européenne (ESA), ont permis de découvrir que la planète était plus dilatée que ce à quoi on s’attendait. Les observations réalisées au moyen du télescope Spitzer indiquent que la planète produit une grande partie de sa chaleur, car les émissions thermiques en surplus de XO-3b ne sont pas saisonnières; on les observe tout au long de l’année sur cette planète. Il est possible que l’excès de chaleur provienne de l’intérieur de la planète par l’entremise d’un processus de réchauffement par les forces de marée : la compression gravitationnelle exercée par l’étoile sur la planète varie notablement lorsque l’orbite oblongue éloigne puis rapproche la planète de l’étoile. Les variations de la pression intérieure qui en résultent produisent de la chaleur.

Cette Jupiter chaude inusitée, souligne Lisa Dang, permet aux scientifiques de mettre à l’épreuve des théories sur les processus de formation susceptibles de produire certaines caractéristiques de ces exoplanètes. Par exemple, l’échauffement par forces de marée sur d’autres Jupiters chaudes pourrait-il également être le signe d’une migration récente? La planète XO-3b ne permettra pas à elle seule de résoudre ce mystère, mais elle sert d’importante mise à l’essai pour de nouvelles idées sur ces géantes incandescentes.

Pour en savoir plus

L’article «Thermal Phase Curves of XO-3B: An Eccentric Hot Jupiter at the Deuterium Burning Limit » a été publié le 13 janvier 2022 dans The Astronomical Journal. En plus de Lisa Dang et de Nicolas Cowan, l’équipe inclut Daniel Thorngren de l’iREx, Taylor J. Bell qui est un ancien étudiant de l’iREx, aujourd’hui à NASA Ames, et 14 co-auteurs qui proviennent des États-Unis

Source
Katherine Gombay
Relations avec les médias
Université McGill
1-514-717-2289, katherine.gombay@mcgill.ca

Personne-ressource pour les médias
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Coordonnatrice à l’éducation et au rayonnement,
Institut de recherche sur les exoplanètes
Université de Montréal
514-279-3222, marie-eve.naud@umontreal.ca

Contact scientifique
Lisa Dang
Étudiante au doctorat
Université McGill, Montréal, Canada
lisa.dang@physics.mcgill.ca

 

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