La découverte d’une très fine exoplanète « barbe à papa » choque les scientifiques – « Nous ne pouvons pas expliquer comment cette planète s’est formée »

Les astronomes ont découvert une planète massive de faible densité appelée WASP-193b, qui est 50 % plus grande que notre planète. Jupiter Mais sa densité est similaire à celle de la barbe à papa. Cette découverte remet en question les théories actuelles sur la formation planétaire, car les scientifiques ne peuvent pas expliquer comment une telle planète se formerait.

Les astronomes ont découvert une énorme boule extraterrestre pelucheuse représentant une planète en orbite autour d’une étoile lointaine de notre galaxie. Voie Lactée galaxie. La découverte a été rapportée le 14 mai dans la revue Astronomie naturelle Par des chercheurs de Massachusetts Institute of TechnologyLa découverte, réalisée à l’Université de Liège en Belgique et ailleurs, est une clé prometteuse pour élucider le mystère de la formation de ces planètes géantes ultra-légères.

La nouvelle planète, appelée WASP-193b, semble être une naine de la taille de Jupiter, mais sa densité ne représente qu’une fraction de sa densité. Les scientifiques ont découvert que la géante gazeuse est 50 % plus grande que Jupiter et environ un dixième de sa densité, ce qui est très faible, similaire à la densité de la barbe à papa.

WASP-193b est la deuxième planète la plus légère jamais découverte, après la plus petite, Neptune-Comme le monde, Kepler 51d. La taille beaucoup plus grande de la nouvelle planète, combinée à sa densité extrêmement légère, fait de WASP-193b une exception parmi les plus de 5 400 planètes découvertes jusqu’à présent.

« Trouver ces objets géants avec des densités aussi faibles est vraiment très rare », explique Khaled Al-Barqawi, auteur principal de l’étude et chercheur postdoctoral au MIT. « Il existe une classe de planètes appelées Jupiters gonflés, et leur nature reste un mystère depuis 15 ans. Il s’agit d’un cas extrême de cette classe.

« Nous ne savons pas où placer cette planète dans toutes les théories de formation dont nous disposons actuellement, car c’est une anomalie dans chacune d’entre elles », ajoute le co-auteur principal Francisco Pozuelos, chercheur principal à l’Institut d’astrophysique d’Andalousie. En Espagne. « Nous ne pouvons pas expliquer comment cette planète s’est formée sur la base de modèles évolutifs classiques. Un examen attentif de son atmosphère nous permettra d’obtenir un chemin d’évolution pour cette planète. »

Les co-auteurs de l’étude du MIT comprennent Julian de Wit, professeur adjoint au Département des sciences de la Terre, de l’atmosphère et des planètes du MIT, et Artem Burdanov, chercheur postdoctoral au MIT, ainsi que des collaborateurs de plusieurs institutions à travers l’Europe.

Vue d’artiste du système WASP-193b. Crédit : Université de Liège

« Développement intéressant »

La nouvelle planète a été initialement repérée par le projet Wide Angle Search for Planets, ou WASP, une collaboration internationale entre des institutions universitaires qui exploitent ensemble deux observatoires robotiques, un dans l’hémisphère nord et un dans l’hémisphère sud. Chaque observatoire utilise un ensemble de caméras grand angle pour mesurer la luminosité de milliers d’étoiles individuelles dans tout le ciel.

Lors d’enquêtes menées entre 2006 et 2008, puis de nouveau entre 2011 et 2012, l’Observatoire WASP-South a détecté des transits périodiques, ou baisses de lumière, de WASP-193, une étoile brillante proche du Soleil, située à 1 232 ans de la lumière de la Terre. . Les astronomes ont déterminé que les baisses périodiques de luminosité de l’étoile correspondaient à une planète en orbite autour de l’étoile et bloquant sa lumière tous les 6,25 jours. Les scientifiques ont mesuré la quantité totale de lumière que la planète bloquait à chaque transit, ce qui leur a donné une estimation de la taille de la planète géante, de l’ordre de la taille d’un super-Jupiter.

Ensuite, les astronomes ont cherché à déterminer la masse de la planète, une mesure qui révélerait alors sa densité et peut-être aussi des indices sur sa composition. Pour obtenir une estimation de la masse, les astronomes utilisent généralement la vitesse radiale, une technique par laquelle les scientifiques analysent le spectre de l’étoile, ou différentes longueurs d’onde de la lumière, lorsque la planète tourne autour de l’étoile. Le spectre d’une étoile peut changer de manière spécifique en fonction de ce qui attire l’étoile, comme la planète sur laquelle elle orbite. Plus une planète est massive et plus elle est proche de son étoile, plus son spectre se déplace – une distorsion qui peut donner aux scientifiques une idée de la masse de la planète.

Pour WASP-193 b, les astronomes ont obtenu des spectres supplémentaires à haute résolution de l’étoile pris par divers télescopes au sol et ont essayé d’utiliser la vitesse radiale pour calculer la masse de la planète. Mais elle revenait toujours vide, précisément parce qu’il s’est avéré que la planète était trop légère pour être détectée sur son étoile.

« Les grandes planètes sont généralement très faciles à détecter, car elles sont généralement massives et exercent un impact important sur leur étoile », explique De Wit. « Mais ce qui était difficile avec cette planète, c’est que, même si elle était énorme, sa masse et sa densité étaient si faibles qu’il était très difficile de la détecter en utilisant uniquement la technique de la vitesse radiale. C’était un développement intéressant. »

« [WASP-193b] « C’est si léger qu’il a fallu quatre ans pour collecter des données et montrer qu’il y avait un signal de masse, mais il est en réalité très faible », explique Barqawi.

« Au début, nous obtenions des densités très faibles, et c’était très difficile à croire au début », ajoute Buzuelos. « Nous avons répété le processus d’analyse de toutes les données plusieurs fois pour nous assurer qu’il s’agissait bien de la véritable densité de la planète, car elle était si rare. »

Un monde gonflé

Finalement, l’équipe a confirmé que la planète était effectivement très légère. Ils ont calculé que sa masse était d’environ 0,14 celle de Jupiter. Sa densité, dérivée de sa masse, était d’environ 0,059 gramme par centimètre cube. En revanche, le poids de Jupiter est d’environ 1,33 gramme par centimètre cube ; La Terre est plus grande de 5,51 grammes par centimètre cube. La substance la plus proche en densité de la nouvelle planète gonflée est peut-être la barbe à papa, qui a une densité d’environ 0,05 gramme par centimètre cube.

« La planète est si légère qu’il est difficile d’imaginer une matière solide comparable », explique Barqawi. « La raison pour laquelle elle est proche de la barbe à papa est que les deux sont constitués principalement de gaz légers plutôt que de solides. La planète est fondamentalement très mince. »

Les chercheurs soupçonnent que la nouvelle planète est composée principalement d’hydrogène et d’hélium, comme la plupart des autres géantes gazeuses de la galaxie. Pour WASP-193b, ces gaz forment probablement une atmosphère extrêmement gonflée s’étendant sur des dizaines de milliers de kilomètres au-delà de l’atmosphère de Jupiter. Comment une planète a-t-elle pu se gonfler à ce point tout en conservant une densité de lumière aussi extrême est une question à laquelle aucune théorie existante sur la formation planétaire ne peut encore répondre.

Pour obtenir une meilleure image du nouveau monde mince, l’équipe prévoit d’utiliser une technique D-Wit précédemment développée pour dériver d’abord certaines propriétés de l’atmosphère de la planète, telles que sa température, sa composition et sa pression à différentes profondeurs. Ces propriétés peuvent ensuite être utilisées pour calculer avec précision la masse de la planète. Pour l’instant, l’équipe considère WASP-193b comme un candidat idéal pour une étude de suivi menée par des observatoires tels que WASP-193b. Télescope spatial James Webb.

« Plus l’atmosphère d’une planète est grande, plus la lumière peut la traverser », explique de Wit. « Cette planète est donc clairement l’une des meilleures cibles dont nous disposons pour étudier les effets atmosphériques. Elle servira de pierre de Rosette pour tenter de résoudre le mystère des Jupiters bombés. »

Référence : « Une atmosphère étendue et de faible densité autour de la planète WASP-193 b de la taille de Jupiter » par Khaled Al-Barqawi, Francisco J. Bozuelos, Coyle Hillier, Barry Smalley, Louise D. Nielsen, Prajwal Niraula, Michael Gillon, Julian de Wit, Simon Müller, Caroline Dorn, Ravit Held, Emmanuel Jehin, Brice Olivier Demaure, Valérie van Grootel, Abderrahmane Sepkew, Mourad Ghashoui, David. Anderson, Zuhair Ben Khaldoun, François Bouchy, Artem Bordanov, Laetitia Delris, Elsa Ducrot, Leonel Garcia, Abdelhadi Al Jabri, Monica Lindell, Pierre F. L. Maxted, Catriona A. Murray, Peter Bellman Pedersen, Didier Kilo, Daniel Sebastian, Oliver Turner, Stefan Audry, Mathilde Timmermans, Amaury H. M. G. Triode et Richard G. West, 14 mai 2024, Astronomie naturelle.
DOI : 10.1038/s41550-024-02259-y

Cette recherche a été financée, en partie, par l’University Association et le UK Science and Technology Facilities Council pour WASP ; Conseil européen de la recherche ; Union Wallonie-Bruxelles ; et la Fondation Heising-Simons, Colin et Leslie Masson et Peter A. Gilman, qui soutiennent Artemis et d’autres télescopes SPECULOOS.