Des astronomes de l’Université de Liège découvrent un système planétaire clé pour comprendre le mécanisme de formation des mystérieuses « super-Terres »
Une étude dirigée par des chercheurs de l’Université de Liège - en ayant recourt aux observations du télescope TESS de la NASA - a permis la découverte d’un système de deux planètes un peu plus grandes que la Terre qui orbitent autour d’une étoile froide en une danse synchronisée. Baptisé de TOI-2096, ce système se situe à 150 années-lumière de la Terre. Cette découverte fait l’objet d’une publication dans la revue Astronomy & Astrophysics.
L
a découverte résulte d’une collaboration étroite entre des universités européennes et américaines et a été rendue possible par la mission spatiale américaine TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), dont le but est de trouver des planètes qui orbitent autour d’étoiles brillantes et proches de nous. « TESS surveille le ciel entier à la recherche de transits, c’est-à-dire qu’il mesure la brillance de centaines de milliers d’étoiles à la recherche d’une très faible baisse de luminosité qui pourrait être causée par le passage d’une planète devant son étoile dans la ligne de visée du détecteur. Néanmoins, malgré sa très grande efficacité de détection de nouveaux mondes, la mission TESS a besoin du soutien de télescopes sur Terre pour confirmer la nature planétaire des signaux détectés. » explique Francisco J. Pozuelos, astrophysicien, premier auteur de l’article et ancien membre du laboratoire ExoTIC (Unité de recherches en Astrobiologie/ Faculté des Sciences) de l'ULiège, qui a rejoint le Spanish National Research Council (IAA-CSIC).
Les planètes TOI-2096 b et TOI-2096 c ont été observées avec plusieurs réseaux de télescopes, ce qui a permis leur confirmation et aussi leur caractérisation. La majorité des transits ont été obtenus avec les télescopes des projets TRAPPIST et SPECULOOS dirigés par l’Université de Liège. “En faisant une analyse détaillée des données, nous avons trouvé que les deux planètes sont en résonance orbitale: pour chaque orbite de la planète extérieure, la planète intérieure fait deux fois le tour de l’étoile, reprend Mathilde Timmermans, doctorante au sein de l’ExoTIC lab de l’ULiège et seconde auteure de l’article. Leurs périodes sont donc très proches d’être un multiple l’une de l’autre avec environ 3,12 jours pour la planète b et environ 6,38 jours pour la planète c. Cette configuration est très particulière et cause une forte interaction gravitationnelle entre les planètes. Cette interaction a pour effet de retarder ou d’accélérer le passage des planètes devant leur étoile et pourra conduire à la mesure des masses des planètes en utilisant des télescopes plus puissants dans un futur proche”.
Les scientifiques à l’origine de cette découverte estiment que le rayon de la planète b - la plus proche de son étoile - est 1,2 fois plus grand que celui de la Terre, d’où sa dénomination de « super-Terre ». Ses propriétés pourraient être similaires à celles de la Terre : une planète de composition essentiellement rocheuse, éventuellement entourée d'une mince atmosphère. De même, le rayon de la planète c est de 1,9 fois le rayon de la Terre et 55% de celui de Neptune, ce qui pourrait placer la planète dans la catégorie des « mini-Neptunes », des planètes composées d'un coeur de roches et glaces entouré d'une atmosphère étendue riche en hydrogène ou en eau, telle Uranus et Neptune dans notre système solaire. Ces tailles sont très intéressantes car le nombre de planètes possédant un rayon entre 1,5 et 2,5 rayons terrestres est plus petit que ce qui est prédit par la théorie, ce qui fait de ces planètes une rareté. « Ces planètes sont d’une importance cruciale étant donné leurs tailles, fait remarquer Mathilde Timmermans, la formation des super-Terres et des mini-Neptunes reste un mystère aujourd’hui. Il existe plusieurs modèles de formation qui essaient de l’expliquer, mais aucun n’est vraiment en adéquation parfaite avec ce que l’on observe. TOI-2096 est le seul système trouvé à l’heure actuelle qui possède une super-Terre et une mini-Neptune précisément avec des tailles où les modèles se contredisent. En d’autres mots, TOI-2096 est peut-être le système que l’on cherchait pour comprendre comment ces systèmes planétaires se forment. »
« Par ailleurs, ces planètes font partie des plus propices dans leur catégorie pour étudier leurs éventuelles atmosphères, explique Francisco J. Pozuelos. Grâce aux tailles relatives des planètes par rapport à l’étoile hôte, ainsi qu’à la brillance de l’étoile, nous trouvons que ce système fait partie des meilleurs candidats pour une étude détaillée de leur atmosphère avec le télescope spatial JWST. Nous espérons pouvoir le faire rapidement en nous coordonnant avec d’autres universités et centres de recherche. Ces études vont permettre de confirmer la présence d’une atmosphère, étendue ou non, autour des planètes b et c et donc nous donner des indications sur leur mécanisme de formation. »
Référence scientifique
J. Pozuelos et al., A super-Earth and a mini-Neptune near the 2:1 MMR straddling the radius valley around the nearby mid-M dwarf TOI-2096, Astronomy and Astrophysics, April 2023. https://doi.org/10.1051/0004-6361/202245440
