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Mercure, le cas particulier du système solaire, ne serait pas un cas unique !

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Une équipe internationale d’astronomes pilotée par un chercheur au Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (LAM - CNRS, CNES, Aix-Marseille Université) dévoile pour la première fois une planète extrasolaire dont la structure serait très proche de celle de Mercure – le cas particulier toujours inexpliqué du système solaire. C’est en utilisant les données de la mission K2 du télescope spatial Kepler de la NASA et du télescope HARPS de l’Observatoire de La Silla de l’ESO au Chili que cette équipe a pu faire cette étonnante découverte dont les détails sont publiés dans la revue Nature Astronomy du 26 mars 2018.

La structure interne de Mercure reste un mystère pour les astronomes. En effet, contrairement à Vénus, la Terre et Mars, Mercure est composée pour 70% de son noyau et 30% de son manteau. Des proportions quasiment inverses à celle des autres planètes telluriques du système solaire. Jusqu’à ce jour aucune autre planète connue ne présentait des caractéristiques similaires.

En utilisant les données de la mission K2 du télescope spatial Kepler de la NASA - qui permet de mesurer le rayon des planètes - et du spectrographe HARPS de l’Observatoire de La Silla de l’ESO – qui permet de mesurer leur masse- une équipe d’astronomes vient de mettre à jour une planète dont la structure interne semble bien être très proche de celle de Mercure.

Cette planète appelée K2 229 b, aussi surnommée « Freddy » par l’équipe, orbite autour de son étoile en 14 heures et a une masse d’environ 2,6 masses terrestres. « A partir de sa masse et son rayon, grâce au modèle de structure interne développé au LAM, nous sommes aujourd’hui en mesure de déterminer sa composition » explique Alexandre Santerne, premier auteur de l’article scientifique, chercheur au Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (CNRS, Aix-Marseille Université).

« Selon nos calculs « Freddy » est une planète extrêmement dense. C’est une planète bien plus grosse que Mercure dont la structure interne présente des similitudes avec un noyau très volumineux et un fin manteau » précise Bastien Burgger, un des auteurs de l’article, doctorant au Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (CNRS, Aix-Marseille Université « Fait étrange, d'après la composition chimique de son étoile, très semblable au Soleil, on s'attendait à ce que sa composition soit comme celle de la Terre. »

En étudiant cette planète et son environnement, les astronomes vont essayer de comprendre le scénario qui a conduit à sa formation et donc peut être aussi de mieux comprendre comment Mercure a pu se former.

A la veille du lancement de la mission spatiale de l’ESA Bepi Colombo, dont l’objectif sera d’étudier Mercure en détail, cette découverte vient encore renforcer la conviction des scientifiques que l’étude des systèmes exoplanètaires peut considérablement les aider à comprendre comment notre système solaire s’est formé. Ils pourront ainsi probablement prochainement croiser les données fournies par Bepi Colombo avec ce qu’ils connaitront de Freddy.

Pour en savoir plus:

A. Santerne, B. Brugger, […]A. Vigan, An Earth-sized exoplanet with a Mercury-like composition, Nature Astronomy (2018)

I.N.S.U.

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Oumuamua, premier visiteur des étoiles

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Le premier objet interstellaire observé dans notre système solaire, nommé 'Oumuamua, donne aux scientifiques une nouvelle perspective sur le développement des systèmes planétaires. L'étude récente d'une équipe internationale dirigée par un chercheur du Laboratoire d’astrophysique de Bordeaux a calculé comment ce visiteur de l'extérieur s'intègre dans ce que nous savons sur la formation des planètes, des astéroïdes et des comètes. Les travaux ont été publiés le 26 février 2018 dans la revue Monthly Notices de la Royal Astronomical Society.

Le 19 octobre 2017, des astronomes travaillant avec le Panoramic Survey Telescope et le système de réponse rapide (Pan-STARRS1) financé par la NASA à l'Université d'Hawaï ont repéré un objet traversant notre système solaire à très grande vitesse. Les scientifiques du Minor Planet Center, financé par le programme Near-Earth Object Observations de la NASA, ont confirmé que c'était le premier objet d'origine interstellaire que nous avons vu. L'équipe l'a surnommé «'Oumuamua» (prononcé oh-MOO-ah-MOO-ah), ce qui signifie «un messager venu de loin» en hawaïen - et il est déjà à la hauteur de son nom.

"Cet objet a probablement été éjecté d'un système d'étoiles lointain", a déclaré Elisa Quintana, astrophysicienne à NASA Goddard, co-auteur de l’étude. "Ce qui est intéressant, c'est que cet objet qui vole si vite peut nous aider à contraindre certains de nos modèles de formation planétaire."

Le 19 septembre 2017, 'Oumuamua a dépassé le Soleil à environ 320 000 km/h, assez vite pour échapper à l'attraction gravitationnelle du Soleil et se libérer du système solaire, pour ne jamais revenir. D’habitude, un objet voyageant à une telle vitesse serait une comète tombant du système solaire externe vers le soleil. Les comètes sont des objets glacés qui s'étendent de la taille d'une maison à plusieurs kilomètres. Mais ils dégagent habituellement du gaz et des poussières lorsqu'ils s'approchent du Soleil et se réchauffent. 'Oumuamua ne l’a pas fait. Certains scientifiques ont interprété cela comme signifiant que 'Oumuamua était un astéroïde sec.

Les planètes et les planétésimaux, objets plus petits qui incluent des comètes et des astéroïdes, se condensent à partir de disques de poussière, de gaz et de glace autour des jeunes étoiles. Les objets plus petits qui se forment plus près de leurs étoiles sont trop chauds pour avoir une surface de glace stable et devenir des astéroïdes. Ceux qui se forment plus loin utilisent la glace comme un bloc de construction et deviennent des comètes. La région où les astéroïdes se développent est relativement petite.

"La portion du disque qui est assez chaude pour former des corps purement rocheux est presque nulle", a déclaré l'auteur principal Sean Raymond, astrophysicien au Centre national français de la recherche scientifique et à l'Université de Bordeaux. "Ce sont ces minuscules petites régions circulaires autour des étoiles. Il est plus difficile d'éjecter ces objets car ils sont plus fortement liés gravitationnellement à l'étoile. Il est difficile d'imaginer comment 'Oumuamua aurait pu être expulsé de son système s'il avait commencé comme un astéroïde."

La distance à une étoile au-delà de laquelle l'eau reste glacée, même si elle est exposée à la lumière du soleil, est appelée la ligne de neige ou la ligne de glace. Dans notre propre système solaire, par exemple, les objets qui se sont développés à trois fois la distance entre le Soleil et la Terre auraient été si chauds qu'ils auraient perdu toute leur eau. Cette ligne de neige s'est rétrécie un peu à mesure que le Soleil se rétrécissait et se refroidissait avec le temps, mais nos astéroïdes de ceinture principale sont situés à l'intérieur ou à proximité de notre limite de neige, suffisamment proche du Soleil.

"Si nous comprenons la formation des planètes correctement, les matériaux éjectés comme 'Oumuamua devraient être principalement glacés", a déclaré Thomas Barclay, astrophysicien à Goddard et à l'Université du Maryland Baltimore County. "Si nous voyons des populations de ces objets qui sont principalement rocheuses, cela nous indique que quelque chose ne va pas dans nos modèles."

Les scientifiques soupçonnent que la plupart des planétésimaux éjectés proviennent de systèmes qui contiennent des planètes géantes gazeuses comme Jupiter. L'attraction gravitationnelle de ces planètes massives peut projeter des objets hors de leur système et dans l'espace interstellaire. Les systèmes avec des planètes géantes dans des orbites instables sont les plus efficaces pour éjecter ces corps plus petits car lorsque les planètes géantes se déplacent, elles entrent en contact avec plus de matériel. Les systèmes qui ne forment pas de planètes géantes éjectent rarement du matériel.

À l'aide de simulations provenant de recherches antérieures, Raymond et ses collègues ont montré qu'un petit pourcentage d'objets se rapproche tellement des planètes géantes gazeuses quand ils sont éjectés qu'ils doivent être déchirés en morceaux. Les chercheurs pensent que les forts étirements gravitationnels qui se produisent dans ces scénarios pourraient expliquer la forme longue et fine d'Oumuamua.

Les chercheurs ont calculé le nombre d'objets interstellaires que nous devrions voir, basé sur des estimations qu'un système stellaire éjecte vraisemblablement deux masses de matériaux terrestres durant la formation des planètes. Ils ont estimé que quelques gros planétésimaux retiendront la plus grande partie de cette masse mais seront plus nombreux que des fragments plus petits comme 'Oumuamua. Les résultats ont été publiés le 26 février 2018 dans la revue Monthly Notices de la Royal Astronomical Society.

Les résultats ont déjà été partiellement confirmés par des observations de la couleur de l'objet. Les futurs instruments, comme le « Grand télescope d’étude synoptique » financé par la National Science Foundation, pourraient aider les scientifiques à repérer plus de ces objets et à améliorer notre compréhension statistique de la formation des planètes et des planétésimaux.

Source(s):

Sean N Raymond Philip J Armitage Dimitri Veras Elisa V Quintana Thomas Barclays, Implications of the interstellar object 1I/'Oumuamua for planetary dynamics and planetesimal formation, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 476, Issue 3, 21 May 2018, Pages 3031–3038, https://doi.org/10.1093/mnras/sty468

I.N.S.U.