Des scientifiques révèlent une nouvelle classe de planète en fusion

Une étude dirigée par l’Université d’Oxford a identifié un nouveau type de planète au-delà de notre système solaire – une planète qui stocke de grandes quantités de soufre au fond d’un océan de magma permanent. Les résultats ont été publiés aujourd’hui (16 mars) dans Nature Astronomy.

L’exoplanète (une planète en orbite autour d’une étoile en dehors du système solaire), nommée L 98-59 d, orbite autour d’une petite étoile rouge située à environ 35 années-lumière de la Terre. Des observations récentes du télescope spatial James Webb (JWST) et d’observatoires terrestres suggéraient quelque chose d’inhabituel : la planète a une densité particulièrement faible, compte tenu de sa taille (environ 1,6 fois celle de la Terre) et contient des quantités importantes de sulfure d’hydrogène dans son atmosphère.

Jusqu’à présent, les astronomes auraient classé une telle planète dans l’une des deux catégories familières, soit une « naine gazeuse » rocheuse avec une atmosphère d’hydrogène, soit un monde riche en eau composé d’océans profonds et de glace. Mais ces nouveaux résultats révèlent que L 98-59 d ne correspond à aucune de ces descriptions – elle semble appartenir à une classe entièrement différente de planètes contenant des molécules de soufre lourdes.

Une planète avec un océan de magma

En utilisant des simulations informatiques avancées, une équipe de chercheurs de l’Université d’Oxford, de l’Université de Groningue, de l’Université de Leeds et de l’ETH Zurich, a reconstitué l’histoire de la planète depuis peu après sa naissance jusqu’à nos jours – une période de près de cinq milliards d’années. En reliant directement les observations télescopiques à ces modèles physiques détaillés des intérieurs et atmosphères planétaires, ils ont pu déterminer ce qui doit se passer profondément à l’intérieur de la planète.

Leurs résultats révèlent que le manteau de L 98-59 d est probablement constitué de silicate fondu (similaire à la lave sur Terre), avec un océan de magma global s’étendant sur des milliers de kilomètres en dessous. Ce vaste réservoir en fusion permet à la planète de stocker des quantités extrêmement importantes de soufre au plus profond de son intérieur, sur des échelles de temps géologiques. L’océan de magma aide également L 98-59 d à conserver une épaisse atmosphère riche en hydrogène contenant des gaz porteurs de soufre tels que le sulfure d’hydrogène (H2S). Normalement, ceux-ci seraient perdus dans l’espace au fil du temps, en raison des rayons X produits par l’étoile hôte.

Sur des milliards d’années, les échanges chimiques entre son intérieur en fusion et son atmosphère ont façonné ce que les télescopes observent aujourd’hui sur L 98-59 d. Les chercheurs suggèrent que L 98-59 d pourrait être le premier membre reconnu d’une population plus large de planètes sulfureuses riches en gaz entretenant des océans de magma de longue durée. Si tel est le cas, la diversité des mondes dans notre galaxie pourrait être encore plus grande qu’on ne l’imaginait.

L’auteur principal, le Dr Harrison Nicholls (Département de physique, Université d’Oxford), a indiqué : « Cette découverte suggère que les catégories que les astronomes utilisent actuellement pour décrire les petites planètes sont peut-être trop simplistes. Bien que cette planète en fusion soit peu susceptible d’abriter la vie, elle reflète la grande diversité des mondes qui existent au-delà du système solaire. Nous pouvons alors nous demander : quels autres types de planètes restent à découvrir ? »

Comment le soufre façonne la planète

Les observations du JWST en 2024 ont indiqué la présence de dioxyde de soufre, parmi d’autres gaz soufrés, en haute altitude dans l’atmosphère supérieure de L 98-59 d. Les nouveaux modèles de l’équipe montrent que ces gaz peuvent être créés lorsque la lumière ultraviolette de l’étoile hôte, la naine rouge L 98-59, déclenche des réactions chimiques. Dans le même temps, l’océan de magma en dessous agit comme un réservoir massif pour tamponner ces gaz volatils, les stockant et les libérant sur des milliards d’années après la formation de la planète. Cette combinaison de stockage profond de volatils à l’intérieur et de chimie atmosphérique induite par les UV explique les propriétés notables de la planète.

Selon les simulations, L 98-59 d s’est probablement formée avec une très grande quantité de matière volatile et a peut-être ressemblé autrefois à une planète sous-Neptune plus grande. Sur des milliards d’années, elle s’est progressivement contractée en refroidissant et en perdant une partie de son atmosphère. Il est important de noter que les océans de magma représentent l’état initial universel de toutes les planètes rocheuses (y compris la Terre et Mars), de sorte que de nouvelles connaissances sur la physique des océans de magma peuvent nous renseigner sur notre propre monde et son histoire primordiale.

Le co-auteur, le professeur Raymond Pierrehumbert (Département de physique, Université d’Oxford), a déclaré : « Ce qui est excitant, c’est que nous pouvons utiliser des modèles informatiques pour découvrir l’intérieur caché d’une planète que nous ne visiterons jamais. Bien que les astronomes ne puissent mesurer que la taille, la masse et la composition atmosphérique d’une planète à distance, cette recherche montre qu’il est possible de reconstituer le passé lointain de ces mondes extraterrestres – et de découvrir des types de planètes sans équivalent dans notre propre système solaire. »

Une mine de nouvelles données sont fournies par le JWST, avec d’autres à venir des futures missions Ariel et PLATO. L’équipe de recherche a l’intention d’appliquer ses simulations à ces nouvelles mesures, en utilisant des méthodes d’apprentissage automatique, pour cartographier la diversité des mondes au-delà du système solaire et établir des liens avec leurs histoires primitives. Ce faisant, nous apprendrons comment les planètes se forment, comment elles évoluent et nous établirons ainsi des attentes quant à celles qui pourraient être habitables (ou non).

Le Dr Richard Chatterjee (Université de Leeds/Université d’Oxford) a conclu : « Nos modèles informatiques simulent divers processus planétaires, nous permettant en effet de remonter le temps et de comprendre comment cette exoplanète rocheuse inhabituelle, L 98-59 d, a évolué. Le gaz de sulfure d’hydrogène, responsable de l’odeur des œufs pourris, semble y jouer un rôle de premier plan. Mais, comme toujours, davantage d’observations sont nécessaires pour comprendre cette planète et d’autres semblables. Une enquête plus approfondie pourrait encore montrer que les planètes plutôt odorantes sont étonnamment communes. »

Article : Volatile-rich evolution of molten super-Earth L 98-59 d – Journal : Nature Astronomy – DOI : Lien vers l’étude

Source : Oxford U.