Enquête "archéologique" sur le système planétaire Kepler 107
Publié par Adrien le 06/02/2019 à 08:00
Source: CEA

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Une planète trois fois plus dense que sa voisine et plus proche de leur étoile, tel est l'indice qui a conduit des astrophysiciens du CEA-Irfu et leurs partenaires sur la piste d'une collision géante entre deux planètes. Un événement semblable aurait affecté notre Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des quatre...) et serait à l'origine de la Lune (La Lune est l'unique satellite naturel de la Terre et le cinquième plus grand satellite du système solaire avec un diamètre de 3 474 km. La...).

Une collaboration internationale, impliquant le CEA-Irfu, a participé à l'étude d'un système exoplanétaire, Kepler-107, et a révélé une distribution étonnante de ses 4 planètes dont deux semblent résulter d'un impact géant. C'est grâce à l'astérosismologie (l'étude des vibrations d'étoiles) et à la modélisation des transits planétaires, que les chercheurs ont pu déterminer la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de gravitation (la...) et le rayon de l'étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une énorme boule de plasma comme le Soleil, qui est l'étoile la plus proche de la Terre.) centrale et de ses planètes avec une grande précision et mis en évidence la densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de référence est l'eau pure à...) inhabituelle d'une des planètes. Cette anomalie peut être expliquée par une collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de l'énergie et de l'impulsion de l'un des corps au second.) entre planètes, semblable sans doute à celle qui a affecté la Terre dans le passé (Le passé est d'abord un concept lié au temps : il est constitué de l'ensemble des configurations successives du monde et s'oppose au futur sur une échelle des...) pour former la Lune. Ces résultats sont publiés dans la revue Nature Astronomy du 4 février 2019.


Schéma de la diversité des 4 planètes entourant l'étoile Kepler-107. La planète Kepler-107c, le plus dense n'est pas la plus proche de l'étoile comme attendu. Cette anomalie pourrait s'expliquer par une collision de cette planète avec un autre corps céleste.

Schéma de la diversité des 4 planètes entourant l'étoile Kepler-107. La planète Kepler-107c, la plus dense, n'est pas la plus proche de l'étoile comme attendu. Cette anomalie pourrait s'expliquer par une collision de cette planète avec un autre corps céleste.

Que peut-il arriver à des planètes rocheuses, une fois qu'elles sont formées ?Les planètes les plus proches de leur étoile peuvent voir leur surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est...) s'évaporer sous l'effet des rayonnements stellaires X et UV. Observée à plusieurs reprises, cette "photoévaporation" tend à les alléger, leur coeur métallique étant plus dense que leur couche externe (  Ne pas confondre couche de valence et valence).

Par ailleurs, toutes les planètes peuvent en principe être affectées par une collision avec un corps de grande taille comme une autre planète mais jusqu'à présent, aucune preuve de tels impacts n'a pu être apportée. L'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude...) de l'anomalie d'un système planétaire (Un système planétaire (parfois appelé abusivement système stellaire) est composé de planètes et divers corps célestes inertes...) pourrait bien changer la donne.


Image tirée d'une simulation hydrodynamique d'une collision frontale à grande vitesse entre deux planètes de 10 fois la masse de la Terre. Les couleurs représentent la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud, provenant du...) croissante du gris vers l'orange, le jaune (Il existe (au minimum) cinq définitions du jaune qui désignent à peu près la même couleur :) et le rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.). Ces collisions éjectent une grande quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une...) de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La matière occupe de...) moins dense de l'enveloppe de la planète, laissant la planète restante avec un noyau à haute densité important et à haute teneur en fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le métal de transition et le matériau ferromagnétique le plus courant dans la vie quotidienne, sous forme pure ou d'alliages. Le...), similaire aux caractéristiques observées de Kepler-107c. © Z. M. Leinhardt and T. Denman (Univ. Bristol)

Cette découverte ouvre de nouvelles perspectives pour la compréhension de la formation et l'évolution des systèmes extrasolaires. Il souligne également l'importance de la physique stellaire (La physique stellaire est la branche de l'astrophysique qui étudie les étoiles. Elle fait intervenir des connaissances issues de la physique nucléaire, physique...) pour ce champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension...): connaître une planète, c'est d'abord connaître son étoile hôte. Dans ce contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le contexte d'un mot, d'une phrase ou d'un texte inclut les mots qui l'entourent. Le concept de contexte issu...), l'astérosismologie est devenue au cours de la dernière décennie (Une décennie est égale à dix ans. Le terme dérive des mots latins de decem « dix » et annus « année.) une des méthodes principales pour caractériser de façon très précise les étoiles et le restera certainement dans les années à venir, notamment grâce aux missions spatiales pour la découverte d'exoplanètes, TESS (NASA) et PLATO (ESA).

Références

"A giant impact as the likely origin of different twins in the Kepler-107 exoplanet system", Nature Astronomy, 04 februrary 2019
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