image: This artist's illustration shows a giant cloud of hydrogen streaming off a warm, Neptune-sized planet just 97 light-years from Earth. The exoplanet is tiny compared to its star, a red dwarf named GJ 3470. The star's intense radiation is heating the hydrogen in the planet's upper atmosphere to a point where it escapes into space. The alien world is losing hydrogen at a rate 100 times faster than a previously observed warm Neptune whose atmosphere is also evaporating away. view more
Credit: © Crédit NASA, ESA, and D. Player (STScI)
«Mais où sont passées les Neptunes chaudes ?» Cest la question que se posent depuis longtemps les astronomes, face à labsence mystérieuse de planètes de la taille de Neptune, très proches de leur étoile. Une équipe de chercheurs, dirigée par des astronomes de lUniversité de Genève (UNIGE), vient de découvrir quune de ces planètes perd son atmosphère à un rythme effréné. Cette observation renforce la théorie selon laquelle les Neptunes chaudes perdent une grande partie de leur atmosphère et se transforment en de plus petites planètes nommées super-Terres, qui elles sont bien plus nombreuses. Des résultats à lire dans la revue Astronomy & Astrophysics.
Les pêcheurs seraient perplexes sils ne capturaient que de gros et de petits poissons, mais peu de poissons de taille moyenne. Cest à peu de choses près ce qui arrive aux astronomes chasseurs dexoplanètes. Ils ont en effet trouvé des planètes chaudes de la taille de Jupiter, ainsi que des super-terres chaudes des planètes dont le diamètre ne dépasse pas 1,5 fois celui de la Terre , mais pas de planètes proches de leur étoile de taille intermédiaire comme Neptune. Ce mystérieux déficit de Neptune chaudes, appelé aussi désert, suggère deux explications: soit ces mondes sont rares, soit ils étaient abondants à un moment donné, mais ils ont disparu depuis.
Il y a quelques années, des astronomes de lUNIGE utilisant le télescope spatial Hubble de la NASA ont découvert que latmosphère de la Neptune tiède GJ 436b perdait de lhydrogène. Cette perte nest pas suffisante pour menacer latmosphère de GJ 436b, mais suggère que des Neptunes recevant plus dénergie de leur étoile pourraient évoluer plus dramatiquement. Cest ce que viennent de confirmer ces mêmes astronomes, membres du pôle de recherche national PlanetS*. A laide de Hubble, ils ont observé quune autre Neptune tiède, nommée GJ 3470b, perd son hydrogène 100 fois plus rapidement que GJ 436b. Les deux planètes résident à environ 3,7 millions de kilomètres de leur étoile, soit un dixième de la distance entre Mercure et le Soleil, mais létoile de GJ 3470b est bien plus jeune et énergétique. «Cest la première fois que lon observe une planète perdre son atmosphère si vite que cela peut impacter son évolution», déclare Vincent Bourrier, chercheur au Département dastronomie de la Faculté des sciences de lUNIGE,membre du projet européen FOUR ACES** et premier auteur de cette étude. Léquipe estime que GJ 3470b aurait déjà perdu plus dun tiers de sa masse.
«Jusquà maintenant, nous nétions pas sûrs du rôle joué par lévaporation des atmosphères dans la formation du désert», déclare Vincent Bourrier. La découverte de ces deux Neptunes tièdes perdant leur atmosphère en bordure de ce désert renforce lidée que la version plus chaude de ces planètes est éphémère. Les Neptunes chaudes auraient ainsi rétréci pour devenir des mini-Neptunes, ou se seraient même érodées complètement pour ne laisser que leur cur rocheux. «Cela pourrait expliquer labondance de super-Terres chaudes découverte», explique David Ehrenreich, professeur associé au département dastronomie de la Faculté des sciences de lUNIGE et co-auteur de létude.
Lévolution de la traque aux Neptunes chaudes
Lobservation de lévaporation de ces deux Neptune tièdes est encourageante, mais les membres de léquipe savent quils doivent en observer davantage pour confirmer leurs prédictions. Malheureusement, lhydrogène qui séchappe de ces planètes ne peut pas être détecté si celles-ci se trouvent à plus de 150 années-lumière de la Terre (GJ 3470b se trouve à 97 années-lumière), car lhydrogène est alors caché par le gaz interstellaire. Les chercheurs prévoient donc dutiliser Hubble pour chercher dautres traces déchappement atmosphérique, car lhydrogène pourrait entraîner avec lui des éléments plus lourds tels que le carbone. La solution pourrait aussi venir de lhélium, dont le rayonnement dans linfrarouge nest pas bloqué par le milieu interstellaire. «Lhélium nous permettra délargir la portée de nos relevés, estime Vincent Bourrier. La sensibilité élevée du télescope spatial James Webb devrait nous permettre également de détecter lhélium qui séchappe des petites planètes, comme les mini-Neptunes, et de compléter nos observations de la bordure du désert.»
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*PlanetS est un Pôle National de Recherche, un instrument de recherche du Fond National Suisse pour la recherche scientifique, dédié à la recherche sur les exoplanètes.
** FOUR ACES, Future of Upper Atmospheric Characterisation of Exoplanets with Spectroscopy, est un projet financé par une bourse Consolidator du Conseil européen pour la Recherche (ERC) dans le cadre du programme de recherche et dinnovation Horizon 2020 de la Commission européenne (bourse n°724427).
Journal
Astronomy and Astrophysics