WASP-193b, une planète géante de densité similaire à celle de la barbe à papa

Une équipe internationale dirigée par des chercheurs du Laboratoire EXOTIC de l’Université de Liège, en collaboration avec le MIT et l’Institut d’Astrophysique d'Andalousie, vient de faire la découverte de WASP-193b, une planète géante de densité extraordinairement faible en orbite autour d’une étoile de type solaire lointaine.

Cette nouvelle planète, située à 1 200 années-lumière de la Terre, est 50% plus grande que Jupiter mais sept fois moins massive, ce qui lui confère une densité extrêmement faible comparable à celle de la barbe à papa. "WASP-193b est la deuxième planète la moins dense découverte à ce jour, après Kepler-51d qui est nettement plus petite, explique Khalid Barkaoui, postdoctorant au sein du Laboratoire EXOTIC de l'ULiège et premier auteur de l'article paru dans Nature Astronomy. Sa densité extrêmement faible en fait une véritable anomalie parmi les plus de cinq mille exoplanètes découvertes à ce jour. Cette très faible densité ne peut être reproduite par nos modèles standards de géantes gazeuses irradiées, même sous l’hypothèse peu vraisemblable d’une structure sans noyau.»

La nouvelle planète a d’abord été repérée par le projet WASP (Wide Angle Search for Planets), une collaboration internationale utilisant deux observatoires robotiques, l’un dans l’hémisphère nord et l’autre dans le sud. Dans les données prises entre 2006 et 2008, et de nouveau de 2011 à 2012, l’observatoire austral de WASP a détecté des diminutions périodiques de la luminosité de l'étoile WASP-193. Ces signaux périodiques étaient compatibles avec les transits d’une planète géante passant devant l’étoile tous les 6,25 jours. Les scientifiques ont mesuré la quantité de lumière bloquée par la planète à chaque transit, ce qui leur a permis d'estimer la taille de la planète.

L’équipe a ensuite utilisé les observatoires TRAPPIST-Sud et SPECULOOS-Sud - dirigés par Michaël Gillon, Directeur de recherches FNRS et astrophysicien à l'ULiège - situés dans le désert d’Atacama au Chili, pour mesurer les transits dans différentes longueurs d’onde et valider leur origine planétaire. Ils ont également utilisé des observations spectroscopiques recueillies par les instruments HARPS et CORALIE – également situés à l'ESO au Chili – pour mesurer la masse de la planète. A leur grande surprise, les mesures accumulées ont révélé une densité extrêmement faible pour la planète. Sa masse et sa taille, ont-ils calculé, étaient respectivement de 14% et 150% celle de Jupiter. La densité résultante est d’environ 0.059 grammes par centimètre cube.  En comparaison, la densité de Jupiter est d’environ 1.33 grammes par centimètre cube, et celle de la Terre de 5.51 grammes par centimètre cube. 

« La planète est si peu dense qu’il est difficile de penser à un matériau analogue à l’état solide », explique Julien de Wit, professeur au Massachusetts Institute of Technology (MIT) et co-auteur de l'étude. « Cette planète n’est bien sûr pas composée de barbe à papa, mais c’est la meilleure analogie dont nous disposions en termes de densité. »

Les chercheurs soupçonnent que la nouvelle planète est principalement faite d’hydrogène et d’hélium, comme la plupart des autres géantes gazeuses de la Galaxie. La particularité de WASP-193b est l’extrême dilatation de son enveloppe gazeuse. Elle pourrait s’expliquer par un dépôt important d’énergie dans les profondeurs de la planète, mais les détails du mécanisme ne sont pas encore compris. « Nous sommes forcés d’admettre que ne pouvons expliquer ni la structure ni la formation d’une telle planète. Nous espérons néanmoins en apprendre plus en étudiant sa composition atmosphérique, explique Francisco Pozuelos, astronome à l’Institut d’Astrophysique d’Andalousie (IAA-CSIC, Grenade, Espagne)."

« WASP-193b est un mystère cosmique. Sa résolution nécessitera un travail à la fois observationnel et théorique, notamment une mesure des propriétés atmosphériques de la planète avec le télescope spatial JWST, et leurs confrontations à différents mécanismes théoriques susceptibles d’entraîner une inflation aussi extrême, conclut Khalid Barkaoui.»