Les planètes sous-neptuniennes, souvent présentées comme des « mondes d’eau » possibles, pourraient être plus arides qu’on ne le pensait, selon une nouvelle étude.
Pendant des années, les scientifiques ont supposé que ces planètes, plus grandes que la Terre mais plus petites que Neptune, se formaient loin de leurs étoiles, accumulant de la glace au-delà de la « ligne de neige ». En migrant vers l’intérieur, cette glace aurait pu fondre pour former des océans cachés sous une atmosphère d’hydrogène. Ces mondes hypothétiques ont été surnommés « planètes hycéennes », un mélange d’« hydrogène » et d’« océan ».
« Nos calculs montrent que ce scénario est improbable », a déclaré Caroline Dorn, professeure associée de physique à l’ETH Zurich en Suisse.
Ces résultats interviennent quelques mois après les affirmations médiatisées concernant K2-18B, une exoplanète située à environ 124 années-lumière, présentée comme un monde océanique potentiellement « grouillant de vie ». Une équipe de scientifiques étudiant les observations du télescope spatial James Webb (JWST) avait détecté des indices d’un possible gaz biomarqueur, le sulfure de diméthyle, sur K2-18B, alimentant les spéculations sur la présence d’un océan mondial sous une atmosphère riche en hydrogène.
Cependant, ces affirmations ont rapidement été nuancées. Des analyses indépendantes des mêmes données JWST ont suggéré que les preuves du DMS étaient faibles, tandis que d’autres experts ont averti que les sous-neptunes pourraient ne pas être des mondes océaniques, mais plutôt des planètes riches en composés volatils enveloppées d’atmosphères épaisses et hostiles.
Dans la nouvelle étude, Dorn et son équipe ont modélisé l’évolution des sous-neptunes à leurs débuts, lorsqu’elles étaient recouvertes d’hydrogène gazeux et soumises à des millions d’années de roche en fusion. Contrairement aux études précédentes, les chercheurs ont pris en compte les interactions chimiques entre le magma et l’atmosphère.
Sur les 248 planètes modèles étudiées, « il n’existe pas de mondes éloignés avec de vastes couches d’eau où l’eau représente environ 50 % de la masse de la planète, comme cela avait été suggéré auparavant », a déclaré Dorn. « Les planètes hycéennes contenant de 10 à 90 % d’eau sont donc très peu probables. »
L’équipe a constaté que l’hydrogène et l’oxygène – les éléments constitutifs de H2O – ont tendance à se lier aux métaux et aux silicates à l’intérieur de la planète, séquestrant efficacement l’eau en profondeur. Même les planètes qui ont commencé avec une abondance de glace se sont retrouvées avec moins de 1,5 % de leur masse sous forme d’eau près de la surface, bien moins que les pourcentages envisagés pour les planètes hycéennes.
« Nous nous concentrons sur les tendances générales et pouvons clairement voir dans les simulations que les planètes contiennent beaucoup moins d’eau qu’elles n’en accumulent initialement », a déclaré Aaron Werlen, chercheur de l’équipe de Dorn à l’ETH Zurich et co-auteur de l’étude. « La quantité d’eau qui reste réellement à la surface sous forme de H2O est limitée à quelques pour cent au maximum. »
Les chercheurs ont également constaté que les atmosphères les plus riches en eau se formaient sur des planètes formées à proximité de leurs étoiles, où l’eau est générée chimiquement par la réaction de l’hydrogène atmosphérique avec l’oxygène provenant de la roche fondue.
Ces découvertes ont des implications importantes pour l’astrobiologie. Si les planètes hycéennes sont rares, les environnements les plus prometteurs pour l’eau liquide et potentiellement la vie pourraient se trouver sur des mondes plus petits et rocheux, plus semblables à la Terre.
K2-18B reste néanmoins une cible intéressante, selon les scientifiques. En tant que sous-neptune, un type de planète absent de notre système solaire mais commun dans la galaxie, elle pourrait fournir des informations cruciales sur la formation des systèmes planétaires et sur les raisons pour lesquelles le nôtre est tel qu’il est.
Les nouveaux résultats suggèrent également que la Terre pourrait ne pas être aussi exceptionnelle que nous le pensons, avec de nombreux mondes lointains présentant des traces d’eau tout aussi modestes.
« La Terre n’est peut-être pas aussi extraordinaire que nous le croyons », a déclaré Dorn. « Dans notre étude, elle semble au moins être une planète typique. »
La recherche a été publiée le 18 septembre dans The Astrophysical Journal Letters.