Une exoplanète super robuste est plus dense que l’acier, disent les scientifiques

Une exoplanète récemment découverte présente des caractéristiques si particulières que les astronomes pensent qu’elle a dû subir une collision géante à un moment donné de son passé.

TOI-1853b est une exoplanète à peine plus petite que Neptune mais presque deux fois plus dense que la Terre, ce qui suggère une composition riche en roches difficile à expliquer par la formation normale des planètes et les canaux évolutifs.

Au lieu de cela, une équipe – dirigée par le physicien Luca Naponiello de l’Université de Rome Tor Vergata en Italie et de l’Université de Bristol au Royaume-Uni – pense qu’elle était autrefois le cœur d’un monde beaucoup plus vaste et plus gazeux, qui a perdu son atmosphère à cause de une violence extrême.

« Cette planète est vraiment étonnante ! Nous nous attendons normalement à ce que les planètes qui se forment avec cette quantité de roches deviennent des géantes gazeuses comme Jupiter, qui ont des densités similaires à celles de l’eau », explique le physicien Jingyao Dou de l’Université de Bristol.

« TOI-1853b a la taille de Neptune, mais a une densité plus élevée que l’acier. Nos travaux montrent que cela pourrait se produire si la planète subissait des collisions planète-planète extrêmement énergétiques au cours de sa formation. Ces collisions ont supprimé une partie de l’atmosphère et de l’eau plus légères, laissant une planète de haute densité et considérablement enrichie en roches.

TOI-1853b est une rareté parmi les exoplanètes. Il est solidement implanté dans une brèche connue sous le nom de désert neptunien – un monde de la taille de Neptune, en orbite étroite autour de son étoile.

Seule une petite poignée de mondes correspondant à cette description ont été découverts, sur plus de 5 500 exoplanètes confirmées à ce jour. Comprendre pourquoi il y a si peu d’exoplanètes dans le désert neptunien nous aiderait à mieux comprendre la formation et l’évolution des planètes.

TOI-1853b a un rayon de 3,46 fois celui de la Terre ; Neptune a 3,88 rayons terrestres. Mais les similitudes s’arrêtent là. L’exoplanète tourne autour de son étoile hôte, une naine orange faisant environ 80 % de la taille du Soleil, une fois tous les 1,24 jours. Même si son rayon ne fait pas vraiment rêver, sa masse est vraiment ahurissante : 73,2 fois la masse de la Terre. Neptune ne fait que 17,15 masses terrestres.

Avec cette taille et cette masse, calcule l’équipe, TOI-1853b a une densité de 9,7 grammes par centimètre cube. C’est sauvage. Neptune a une densité moyenne de 1,64 grammes par centimètre cube. La moyenne terrestre est de 5,15 grammes. Le fer a une densité de 7,87 grammes par centimètre cube et la densité de l’acier est à peu près la même.

La densité de Neptune est si faible parce qu’elle possède une atmosphère épaisse et étendue. Ce que la densité du TOI-1853b nous dit, c’est que sa composition doit contenir beaucoup de matériaux plus denses, pas beaucoup d’atmosphère. (De plus, la densité du noyau terrestre peut atteindre 13 grammes ; la matière à l’intérieur d’un corps massif est comprimée par toute la masse qui se trouve au-dessus, donc sa densité augmente.)

Naponiello et son équipe ont mené des simulations pour déterminer comment une planète de la galaxie pourrait devenir ainsi. Ils ont découvert que l’explication la plus probable était un impact à grande vitesse entre deux exoplanètes massives, encore en formation, qui les aurait compressées et éjecté l’atmosphère.

“Notre contribution à l’étude a consisté à modéliser des impacts géants extrêmes qui pourraient potentiellement retirer l’atmosphère plus légère et l’eau/glace de la plus grande planète d’origine afin de produire la densité extrême mesurée”, explique le physicien Phil Carter de l’Université de Bristol.

“Nous avons découvert que le premier corps planétaire devrait probablement être riche en eau et subir un impact géant extrême à une vitesse supérieure à 75 kilomètres par seconde pour produire TOI-1853b, comme on l’observe.”

L’équipe prévoit d’effectuer des observations de suivi pour rechercher des traces d’atmosphère autour de TOI-1853b et analyser sa composition pour déterminer si son scénario de collision est probable.

Fait intéressant, une autre exoplanète similaire vient d’être découverte par un autre groupe de scientifiques. TOI-332b a 3,2 rayons terrestres, 57,2 masses terrestres, sur une orbite de 18,72 heures autour d’une naine orange et a une densité de 9,6 grammes par centimètre cube. Peut-être que les deux équipes disparates pourraient combiner leurs efforts.

“Nous n’avions pas étudié auparavant des impacts aussi gigantesques et extrêmes, car nous ne nous y attendions pas”, explique la physicienne Zoë Leinhardt de l’Université de Bristol.

“Il y a beaucoup de travail à faire pour améliorer les modèles de matériaux qui sous-tendent nos simulations et pour élargir la gamme d’impacts géants extrêmes modélisés.”

Traduit par Matthew Lynniker de Alerte scientifique