Des astronomes de l’University of Oxford ont découvert deux exoplanètes « super-puff », TOI-791 b et TOI-791 c, orbitant autour d’une étoile naine à 1 110 années-lumière de la Terre. Ces géantes gazeuses, dont la densité est inférieure à celle de la barbe à papa, offrent un laboratoire unique pour comprendre la formation des systèmes planétaires.
Le verdict est sans appel : nous avons affaire à certains des mondes les plus légers jamais observés. Situées dans la constellation australe de Volans, TOI-791 b et TOI-791 c affichent des caractéristiques physiques qui défient l’intuition. Bien qu’elles possèdent une taille comparable à celle de Jupiter, leur masse est dérisoire par rapport à leur volume.
Une densité inférieure à celle de la barbe à papa
La particularité de ces planètes réside dans leur composition ultra-légère. TOI-791 b présente une densité de seulement 0,038 gramme par centimètre cube, tandis que TOI-791 c s’établit à 0,047 gramme par centimètre cube. À titre de comparaison, la barbe à papa a une densité typique d’environ 0,05 gramme par centimètre cube.
L’écart avec les corps célestes de notre propre système solaire est abyssal. Jupiter, avec une densité moyenne de 1,33 gramme par centimètre cube, est environ 28 à 35 fois plus dense que ces deux nouveaux mondes. La Terre, quant à elle, atteint 5,5 grammes par centimètre cube.
Cette rareté est accentuée par la configuration du système. Selon les chercheurs, trouver une seule planète « super-puff » est inhabituel ; en découvrir deux orbitant autour de la même étoile est exceptionnel.
« Seule une poignée de ces planètes super-gonflées sont connues, et il est encore plus rare d’en trouver deux dans le même système. Leurs densités extrêmement faibles en font des cibles fascinantes pour comprendre comment les systèmes planétaires se forment et évoluent.
Le ballet gravitationnel de la résonance 5:3
Au-delà de leur légèreté, TOI-791 b et TOI-791 c sont liées par un arrangement orbital précis appelé résonance de moyen mouvement 5:3. Concrètement, pour chaque cinq orbites complétées par la planète intérieure, la planète extérieure en termine presque exactement trois.
Ce synchronisme crée une interaction gravitationnelle constante. En s’attirant mutuellement lors de leurs passages, les deux planètes provoquent de légères variations dans le timing de leurs transits devant leur étoile, une naine de type F7. Ces anomalies temporelles ont permis aux astronomes d’estimer la masse de chaque planète.
L’observation de ces transits a été particulièrement longue, dépassant 11 heures par planète, ce qui a facilité la collecte de données précises sur leur structure.
De la science citoyenne aux glaces de l’Antarctique
La découverte est le fruit d’une collaboration internationale et d’un effort d’observation s’étalant sur huit ans. Le processus a débuté grâce au projet de science citoyenne Planet Hunters, où des bénévoles ont analysé les données du satellite TESS de la NASA. TOI-791 b a été signalée comme candidate en 2019, suivie de TOI-791 c en 2023.
Pour confirmer ces hypothèses, l’équipe a mobilisé des télescopes mondiaux, incluant des installations stratégiques. Le télescope ASTEP (Antarctic Search for Transiting ExoPlanets), basé à la station Concordia en Antarctique, a joué un rôle déterminant dans la validation des mesures.
L’effort de recherche a réuni des experts de l’Université d’Oxford, de l’Université de Birmingham et de l’Université Côte d’Azur, dont l’Observatoire de la Côte d’Azur.
Un laboratoire pour decryptage atmosphérique
L’existence de ces planètes remet en question ou affine les théories actuelles sur la formation planétaire. L’hypothèse dominante suggère que les super-puffs naissent dans des régions froides et éloignées du disque de gaz et de poussière entourant l’étoile. Ce milieu permettrait à du gaz de s’accumuler massivement autour de petits noyaux solides, créant ainsi d’immenses atmosphères d’hydrogène et d’hélium.
L’étape suivante consiste à sonder la composition chimique de ces atmosphères. L’équipe prévoit d’utiliser le télescope spatial James Webb (JWST) pour identifier la présence de molécules spécifiques.
L’objectif est clair : déterminer si ces atmosphères contiennent des espèces porteuses de carbone, d’azote et d’oxygène. L’analyse de ces éléments pourrait révéler comment ces mondes inhabituels ont été sculptés au fil du temps.
« Nous proposons d’effectuer des observations spatiales à l’aide du télescope spatial James Webb pour évaluer si l’atmosphère gonflée contient des espèces porteuses de carbone, d’azote et d’oxygène, révélant ainsi de nouveaux indices sur la façon dont ces planètes inhabituelles se sont formées.
Avec seulement quatre autres systèmes multi-planétaires de ce type connus, TOI-791 devient une priorité pour l’astrophysique moderne. La compréhension de ces extrêmes permet d’élargir la définition de ce qu’est une planète et d’affiner la recherche de mondes potentiellement habitables ailleurs dans la galaxie.
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