GJ 367b est un autre monde mort en orbite autour d’une naine rouge, disent les astronomes

L’habitabilité des exoplanètes naines rouges est un sujet brûlant dans les sciences spatiales. Ces petites étoiles sombres hébergent de nombreuses exoplanètes, y compris de petites planètes rocheuses de la taille de la Terre. Mais les petites étoiles émettent des éruptions extrêmement puissantes qui peuvent endommager et détruire les atmosphères.

Si nous voulons un jour comprendre l’habitabilité des naines rouges, nous devons comprendre l’atmosphère des exoplanètes qui gravitent autour d’elles.

Dans le cadre de nouvelles recherches, les astronomes ont étudié l’atmosphère de l’exoplanète GJ 367b, souvent mentionnée, et n’ont rien trouvé. La planète a probablement perdu toutes les substances volatiles qu’elle possédait il y a longtemps, et l’étoile naine rouge autour de laquelle elle orbite en est responsable.

Gliese 367 est une étoile naine rouge (naine M) située à environ 30 années-lumière avec trois exoplanètes connues en orbite autour d’elle. Les astronomes ont trouvé GJ 367b et ses frères et sœurs avec le TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) de la NASA en 2021. GJ 367b est une planète à période ultra-courte qui ne prend que 7,7 heures pour terminer une orbite et est probablement verrouillée par les marées sur son étoile. Elle est si proche de l’étoile naine rouge qu’elle reçoit des centaines de fois plus de rayonnement solaire que la Terre. Tout ce rayonnement qui frappe sa surface signifie que sa température diurne est d’environ 1 500 °C (1 770 K ; 2 730 °F).

GJ 367b est une sous-Terre avec un rayon d’environ 72 % de celui de la Terre. Mais elle est extrêmement dense, presque deux fois plus dense que la Terre. Les scientifiques pensent qu’il s’agit principalement de fer et que ses couches externes de silicate ont été éliminées. On l’appelle parfois la planète de fer.

Il est plus facile de repérer les exoplanètes autour des naines rouges que d’autres étoiles, car elles sont beaucoup plus sombres et plus petites. Cela permet de trouver des planètes avec à la fois la méthode du transit et la méthode de la vitesse radiale. Il est donc logique de les étudier tous les deux car ils sont si nombreux et parce que nous pouvons en voir un si grand nombre.

Dans un nouvel article qui n’a pas encore été publié, les chercheurs ont examiné le GJ 367b avec l’instrument infrarouge moyen (MIRI) du télescope spatial James Webb. L’article est “GJ 367b est une sous-Terre sombre, chaude et sans air”. C’est en pré-impression maintenant, posté au arXiv serveur, et l’auteur est Michael Zhang, chercheur postdoctoral au Département d’astronomie et d’astrophysique de l’Université de Chicago.

Le titre de l’article donne les conclusions, mais les détails sont intéressants.

GJ 367b ne sera jamais habitable car il est bien trop proche de son étoile. Mais les astronomes sont très intéressés par les exoplanètes en orbite autour de naines rouges (naines M). D’une part, les naines rouges sont nombreuses ; La moitié des étoiles de la Voie Lactée sont probablement des naines rouges, peut-être bien plus que cela. Ainsi, la majeure partie des exoplanètes de notre galaxie sont probablement en orbite autour de naines rouges, et les chasseurs de planètes ont découvert une abondance d’exoplanètes autour des naines rouges.

“La question de savoir si les petites planètes rocheuses en orbite autour des naines M peuvent héberger des atmosphères est d’une importance primordiale pour l’habitabilité”, écrivent les auteurs. Les planètes naines rouges sont plus faciles à étudier que les étoiles semblables au Soleil, car les naines rouges sont plus sombres et plus petites. Des étoiles plus grandes et plus brillantes, comme notre Soleil, peuvent noyer l’atmosphère des exoplanètes. Mais lorsqu’il s’agit de l’habitabilité potentielle des exoplanètes naines rouges, un éléphant s’est glissé dans la pièce : le torchage.

“Cependant, il a longtemps été suggéré que le rayonnement de haute énergie, les éruptions cutanées et la longue séquence pré-principale des naines M dépouillent les atmosphères planétaires ; la mesure dans laquelle cela se produit fait l’objet de recherches actives”, expliquent les chercheurs.

La raison pour laquelle il s’agit d’un domaine de recherche si actif est que les mécanismes fondamentaux à l’origine de la création d’une atmosphère sont mal compris. Il existe deux mécanismes : la libération de substances volatiles lors de la formation d’une planète et la libération de substances volatiles lorsqu’une jeune planète océan magmatique se refroidit et se solidifie. Il existe également deux mécanismes qui peuvent détruire une atmosphère, et ils nécessitent également des recherches supplémentaires : la photoévaporation et l’érosion éolienne stellaire.

Il y a beaucoup à apprendre, et c’est ce que cette recherche réduit à néant. “En observant M planètes naines et en déterminant lesquelles, le cas échéant, hébergent des atmosphères, nous pouvons constituer un échantillon de références empiriques pouvant être utilisées pour calibrer les modèles de perte de masse atmosphérique”, déclarent clairement et distinctement les auteurs.

Les chercheurs ont examiné le spectre d’émission diurne du GJ 367b pour déterminer de quoi est faite la surface et quel type d’atmosphère, le cas échéant, est présent, même s’il ne s’agit que d’une atmosphère mince et ténue. Ils ont conclu que la planète avait un albédo nul, aucune recirculation de chaleur et aucune atmosphère.

“GJ 367b est la première sous-Terre avec des observations thermiques de surface”, écrivent Zhang et ses co-auteurs. “Ces observations révèlent une planète sans atmosphère détectable, sans redistribution de la chaleur et avec une surface sombre dans la bande passante MIRI (A_B ≈ 0,1) avec un spectre d’émission de corps noir.”

“Le manque de redistribution de la chaleur exclut les atmosphères ≳1 bar pour une large gamme de compositions, tandis que le spectre d’émission exclut les atmosphères encore plus fines pour certaines compositions”, expliquent les auteurs. A titre de comparaison, l’atmosphère terrestre est à environ 1 bar au niveau de la mer.

L’absence d’ambiance au GJ 367b n’est pas une surprise. C’est parce qu’il se trouve au-dessus de ce qu’on appelle le « littoral cosmique ». Le littoral cosmique est une métaphore d’une tendance statistique qui relie toutes les planètes entre elles. C’est une ligne de démarcation qui apparaît lorsque l’on compare la lumière qu’une planète reçoit de son étoile et la facilité avec laquelle l’atmosphère de la planète peut s’échapper dans l’espace.

“Étant donné que la planète est bien au-dessus du ‘rivage cosmique’, l’absence d’atmosphère n’est pas surprenante, même si ce n’est pas la meilleure nouvelle possible pour la perspective de mesurer l’atmosphère des planètes rocheuses naines M”, expliquent les auteurs.

Le GJ 367b ne sera jamais habitable. C’est beaucoup trop proche de son étoile. Mais il s’agit toujours de données importantes qui aideront les scientifiques à mieux comprendre l’atmosphère des exoplanètes en général. Et nous avons besoin de plus de données de ce type si nous voulons comprendre l’habitabilité des naines rouges.

“Nous encourageons les observations JWST de planètes plus proches ou en dessous du rivage cosmique pour comprendre quelles planètes rocheuses, le cas échéant, en orbite autour des naines M ont une atmosphère”, concluent les auteurs.

Alors, quelles sont les perspectives d’habitabilité du nain M ? Il existe de plus en plus de preuves selon lesquelles les naines rouges ne font pas bon ménage en matière d’habitabilité des exoplanètes. Comme ils sont si sombres, leur zone habitable est beaucoup plus proche. Cela signifie que les exoplanètes situées dans la zone habitable d’une naine rouge sont soumises à un torchage intense qui peut détruire l’atmosphère et baigner leurs surfaces dans un rayonnement intense.