Comment deux planètes si similaires à certains égards peuvent-elles avoir des densités aussi différentes? Selon une nouvelle étude, une collision catastrophique pourrait être à blâmer.
Dans notre système solaire, toutes les planètes internes sont de petits mondes rocheux avec des densités similaires, tandis que les planètes externes sont des géantes gazeuses avec leurs propres densités similaires. Mais tous les systèmes solaires ne sont pas comme les nôtres.
La mission Kepler a découvert une grande variété d'exoplanètes au cours de ses neuf années de fonctionnement. Grâce à cette mission, nous connaissons maintenant 2 000 exoplanètes confirmées à elles seules qui ont moins de trois rayons terrestres. Et bien que ces 2 000 planètes aient une gamme de tailles assez restreinte, leur densité peut varier considérablement.
Le nouvel article a été publié dans Nature Astronomy par les astronomes Aldo S. Bonomo et Mario Damasso de l'Istituto Nazionale Di Astrofisica (INAF), et par Center for Astrophysics | L'astrophysicien Harvard & Smithsonian (CfA) Li Zeng. Une grande équipe de collègues trop nombreux pour être énumérés ont également participé à l'étude.
Certaines des 2000 exoplanètes mentionnées précédemment ont des densités inférieures à celles du géant du gaz Neptune, qui se compose de substances volatiles de faible densité, tandis que certaines ont des densités supérieures à la Terre, qui se compose principalement de roche (environ 32% de fer). Une nouvelle étude a examiné les exoplanètes dans le système Kepler-107 pour essayer de comprendre comment les planètes du même système et de tailles similaires peuvent avoir une si large gamme de densités.
L'équipe s'est concentrée sur le système Kepler-107 car il contient quatre planètes de taille sous-Neptune: Kepler-107b, c, d et e. Les deux planètes les plus intérieures, 107b et 107c, ont des rayons presque identiques de 1,5 et 1,6 rayons terrestres, mais 107c est plus de deux fois plus dense que 107b. Comment ces jumeaux, qui font partie d'un système de planètes très compact, peuvent-ils avoir des compositions si différentes?
"Il s'agit d'un des nombreux systèmes d'exoplanètes intéressants que le télescope spatial Kepler a découvert et caractérisé."
Li Zeng, Département des sciences de la Terre et des planètes, Université Harvard.
La réponse courte est soit qu'ils se sont formés dans des conditions très différentes, soit que quelque chose de dramatique s'est produit après la formation pour modifier de façon si radicale leur densité.
Avant Kepler, les astronomes n'avaient que notre propre système solaire. Et dans notre système, il semble que Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune se soient formés dans les parties extérieures du disque protoplanétaire, à partir de glaces froides et de gaz qui constituaient la majeure partie de la matière dans le système solaire extérieur. Dans la partie intérieure du jeune système solaire, les planètes rocheuses se sont formées à partir de matériaux qui ont survécu au rayonnement du Soleil, comme les silicates et le fer.
Mais la mission Kepler nous a montré que ce que nous considérons comme la norme, à savoir notre propre système solaire, n'est qu'un chemin que les systèmes solaires peuvent emprunter. Kepler a découvert de nombreux soi-disant «Hot Jupiters», de grands mondes gazeux en orbite très près de leurs propres étoiles. Ces énormes géants gazeux n'auraient pas pu se former si près de leurs étoiles, car les gaz à partir desquels ils se seraient formés n'auraient pas survécu si près de leur étoile. Ils doivent s'être formés plus loin puis ont migré.
Il existe des preuves que Jupiter s'est formé dans les confins extérieurs de notre système solaire, puis a migré plus près du Soleil, avant de trouver son chemin vers son orbite actuelle. Mais à notre connaissance, les planètes rocheuses intérieures n'ont pas migré: elles se sont formées dans le système solaire intérieur et sont restées ici.
Le système Kepler 107 nous montre également que les systèmes solaires peuvent se former différemment des nôtres et qu'une collision catastrophique entre deux mondes peut altérer leurs densités.
Kepler 107b et 107c ont des rayons de 1,53 et 1,59 rayons terrestres, des périodes orbitales de 3,18 et 4,9 jours, mais des densités de 5,3 et 12,65 grammes par centimètre cube, respectivement. Qu'est-ce qui peut expliquer l'énorme disparité des densités? Si le rayonnement solaire était responsable, en faisant bouillir les substances volatiles, les deux planètes n’y seraient-elles pas soumises? De plus, la planète extérieure a la plus grande densité, pas celle intérieure.
L'équipe d'astronomes soutient que c'est une collision catastrophique qui est responsable des densités disparates.
Ce qu'ils pensent être arrivé, c'est que Kepler 107c, la planète extérieure et plus dense, a subi une collision catastrophique qui a arraché son manteau de silicate, ne laissant que le noyau de fer.
"C'est l'un des nombreux systèmes d'exoplanètes intéressants que le télescope spatial Kepler a découvert et caractérisé", a déclaré Li Zeng de Harvard. «Cette découverte a confirmé des travaux théoriques antérieurs suggérant que l'impact géant entre les planètes a joué un rôle pendant la formation des planètes. La mission TESS devrait trouver davantage d'exemples de ce type. »
Les collisions planétaires ne sont pas une idée nouvelle. Les preuves montrent que la Lune de la Terre a été créée à la suite d'une collision catastrophique entre la Terre et un autre corps appelé Theia. Ces nouvelles recherches suggèrent qu'elles peuvent être beaucoup plus courantes que prévu.
Si des perturbations catastrophiques se produisent fréquemment dans les systèmes planétaires, les astronomes prédisent de trouver de nombreux autres exemples comme Kepler-107, car un nombre croissant de densités d'exoplanètes sont déterminées plus précisément.
Sources:
- Document de recherche: Un impact géant comme l'origine probable de différents jumeaux dans le système d'exoplanètes Kepler-107
- Communiqué de presse: Collisions d'exoplanètes
- Wikipédia: Kepler-107
- Cal-Tech: Hot Jupiters
- Wikipédia: Hot Jupiter
