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crédit SPP 1992/Patricia Klein
Dans le monde des planètes extrasolaires, « GJ 367 b » est un poids plume. Avec la moitié de la masse de la Terre, la planète récemment découverte est l'une des plus légères parmi les près de 5000 exoplanètes connues aujourd'hui. Il faut environ huit heures à la planète extrasolaire pour orbiter autour de son étoile hôte. Avec un diamètre d'un peu plus de 9 000 kilomètres, GJ 367 b est légèrement plus grande que Mars mais plus petite que la Terre. Ce système planétaire n’est situé qu’à un peu moins de 31 années-lumière de notre planète et il est donc idéal pour une étude plus approfondie de ses propriétés. Sa découverte démontre qu'il est possible de déterminer avec précision les caractéristiques des exoplanètes les plus petites et les moins massives. De telles études fournissent des nouveaux indices pour mieux comprendre comment les planètes se forment et évoluent.
Un groupe international de 78 chercheurs de 49 institutions incluant le Département d’Astrophysique (DAp) du CEA/Irfu a publié ces études dans la revue scientifique Science à partir des observations initiales du satellite Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) de la NASA/MIT.
« Avec une période orbitale de seulement un tiers d'un jour terrestre, l’année sur GJ 367 b est donc bien inférieure au jour sur Terre, alors que l’étoile ne tourne sur elle-même qu’en 48 jours ce qui fait de l’ordre de 1,7 fois plus lent que notre Soleil » dit Rafael A. García chercheur du CEA qui fait partie de l’équipe.
Le DAp a concentré ses efforts sur la caractérisation de l'étoile hôte avec les données de TESS et de WASP. Ces dernières données nous ont permis de déterminer avec une grande précision la vitesse de rotation de l’étoile (48 jours).
L'origine des petites planètes rapides encore inconnues
GJ 367 b appartient au groupe d'exoplanètes à "période ultra-courte" (USP) qui orbitent autour de leur étoile en moins de 24 heures. Suite à la découverte de cette planète à l'aide de la mission TESS et de la méthode du transit (en mesurant la diminution du flux lumineux de l’étoile quand la planète passe devant), le spectre de son étoile a ensuite été étudié depuis le sol à l'aide de la méthode des vitesses radiales (la position de l’étoile se déplace sous l’action de l’attraction gravitationnelle de la planète). La masse a été déterminée à l'aide de l'instrument HARPS sur le télescope de 3,6 m de l'Observatoire européen austral. Grâce à cette étude méticuleuse et à la combinaison de différentes méthodes d'évaluation, le rayon et la masse de la planète ont été déterminés avec précision : son rayon est de 72 % du rayon de la Terre et sa masse de 55 % de la masse de la Terre.
(A) Courbe de lumière de l’étoile GJ 367 obtenu par le satellite TESS pliée à la période orbital de la planète. La ligne rouge représente le modèle de transit. Les barres d'erreur montrent les incertitudes à 1 sigma des valeurs de mesure. (B) Les résidus de la courbe de lumière une fois le modèle est soustrait.
Masses et rayons de petites planètes (<2 R?) dont les deux quantités sont mesurées avec une précision ?30 %. (Star). Les barres d'erreur indiquent les incertitudes à 1 sigma. Les symboles des exoplanètes sont codés par couleur en fonction des températures diurnes d'équilibre (barre de couleur). Les relations théoriques masse-rayon pour les planètes rocheuses à deux couches sont représentées avec des lignes correspondant aux différentes fractions de masse du noyau. Ces cœurs sont constituées de fer pur, de roche pure, ou d'un cœur à deux couches avec un mélange de fer et de roche ou de roche et de glace, comme indiqué dans la légende. GJ 367b est probablement une planète dominée par le fer.
La plus haute précision pour le rayon et la masse
En déterminant son rayon et sa masse avec une précision de 7 et 14% respectivement, les chercheurs ont également pu tirer des conclusions sur la structure interne de l'exoplanète. C'est une planète rocheuse de faible masse, mais qui a une densité plus élevée que la Terre et avec probablement un noyau de fer et de nickel disproportionné qui le différencie des autres corps terrestres du système solaire. Cependant, la proximité de la planète avec son étoile signifie qu'elle est exposée à un niveau de rayonnement extrêmement élevé, plus de 500 fois plus fort que ce que connaît la Terre. La température de surface pourrait atteindre jusqu'à 1500 degrés Celsius - une température à laquelle toutes les roches et tous les métaux seraient fondus. GJ 367 b ne peut donc pas être considérée comme une « seconde Terre ».
L'étoile hôte est une « naine rouge »
L'étoile hôte de cette exoplanète nouvellement découverte, une naine rouge appelée GJ 367, n'a qu'environ la moitié de la taille du Soleil. Cela a été bénéfique pour sa découverte car le signal de transit de la planète en orbite est particulièrement important. Les naines rouges sont plus petites que le Soleil, ce qui rend leurs planètes associées plus faciles à trouver et à caractériser. Ils font partie des objets stellaires les plus courants dans notre voisinage cosmique et sont donc des cibles appropriées pour la recherche sur les exoplanètes.
Quand on fête les 25 bougies de la détection de la première exoplanète, succès qui a été reconnu par la communauté internationale par le prix Nobel, l'attention n’est plus autant sur la détection des nouvelles exoplanètes, mais sur la caractérisation précise des systèmes dans leur intégralité, depuis l’étoile au centre jusqu’à toutes les planètes orbitant autours et leur atmosphère ce qui fait l'objet d'une feuille de route enthousiasmante avec les futures missions spatiales JWST (2021), PLATO (2026) et ARIEL (2028) où les département d'astrophysique, d'ingénierie et d'instrumentation de l'Irfu sont fortement impliqués.
Contacts DAp:
Rafael A. Garcia , Stéphane Mathis, Antonio García Muñoz , Antoine Strugarek
• Structure et évolution de l'Univers › Planètes, formation et dynamique des étoiles, milieu interstellaire
• Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers (Irfu) • Le Département d'Astrophysique // UMR AIM (DAp)
• Laboratoire Dynamique des Etoiles, des (Exo)planètes et de leur Environnement
