La recherche de planètes extra-solaires a révélé des découvertes très intéressantes. Outre les planètes qui sont des versions plus massives de leurs homologues solaires (alias. Super-Jupiters et Super-Earths), il y a eu beaucoup de planètes qui chevauchent la ligne entre les classifications. Et puis il y a eu des moments où des observations de suivi ont conduit à la découverte de plusieurs systèmes planétaires.
Ce fut certainement le cas pour K2-18, un système d'étoiles naines rouges situé à environ 111 années-lumière de la Terre dans la constellation du Lion. À l'aide du chercheur de planètes à grande vitesse radiale à haute précision (HARPS) de l'ESO, une équipe internationale d'astronomes examinait récemment une exoplanète découverte précédemment dans ce système (K2-18b) lorsqu'elle a constaté l'existence d'une deuxième exoplanète.
L'étude qui détaille leurs conclusions - «Caractérisation du système multi-planétaire K2-18 avec HARPS» - devrait être publiée dans la revue Astronomie et astrophysique. La recherche a été financée par le Conseil de sciences naturelles et de recherche du Canada (CRSNG) et l'Institut de recherche sur les exoplanètes - un consortium de scientifiques et d'étudiants de l'Université de Montréal et de l'Université McGill.
Dirigée par Ryan Cloutier, doctorant au Centre for Planet Science de l'Université de Toronto et à l'Institut de recherche sur les exoplanètes de l'Université de Montréal (iREx), l'équipe comprenait des membres de l'Université de Genève, de l'Université Grenoble Alpes et de l'Université de Porto. Ensemble, l'équipe a mené une étude sur K2-18b dans l'espoir de caractériser cette exoplanète et de déterminer sa véritable nature.
Lorsque le K2-18b a été découvert pour la première fois en 2015, il a été trouvé en orbite autour de la zone habitable de l'étoile (alias «Goldilocks Zone»). L’équipe responsable de la découverte a également déterminé qu’étant donné sa distance de son étoile, la surface du K2-18b recevait des quantités de rayonnement similaires à celles de la Terre. Cependant, les estimations initiales de la taille de la planète laissaient les astronomes incertains quant à savoir si la planète était une Super-Terre ou un mini-Neptune.
Pour cette raison, Cloutier et son équipe ont cherché à caractériser la masse de la planète, une étape nécessaire vers la détermination de ses propriétés atmosphériques et de sa composition en vrac. À cette fin, ils ont obtenu des mesures de vitesse radiale de K2-18 en utilisant le spectrographe HARPS. Ces mesures leur ont permis de placer des contraintes de masse sur une exoplanète découverte précédemment, mais ont également révélé quelque chose de plus.
Comme Ryan Cloutier l'a expliqué dans un communiqué de presse de l'UTSc:
«Être capable de mesurer la masse et la densité de K2-18b était formidable, mais découvrir une nouvelle exoplanète était chanceux et tout aussi excitant… Si vous pouvez obtenir la masse et le rayon, vous pouvez mesurer la densité apparente de la planète et cela peut dire vous de quoi le gros de la planète est fait. "
Essentiellement, leurs mesures de vitesse radiale ont révélé que le K2-18b avait une masse d'environ 8,0 ± 1,9 masses terrestres et une densité apparente de 3,3 ± 1,2 g / cm³. Ceci est cohérent avec une planète terrestre (alias. Rocheuse) avec une enveloppe gazeuse importante et une fraction de masse d'eau égale ou inférieure à 50%. En d'autres termes, c'est soit une Super-Terre avec une petite atmosphère gazeuse (comme les Terres) ou un «monde d'eau» avec une épaisse couche de glace sur le dessus.
Ils ont également trouvé des preuves d'une deuxième Super Terre «chaude» nommée K2-18c, qui a une masse de 7,5 ± 1,3 masses terrestres, une période orbitale de 9 jours et un axe semi-majeur environ 2,4 fois plus petit que K2-18b. Après avoir réexaminé les courbes de lumière d'origine obtenues à partir de K2-18, ils ont conclu que K2-18c n'a pas été détecté car il a une orbite qui ne se trouve pas sur le même plan. Comme Cloutier a décrit la découverte:
«Lorsque nous avons jeté les données sur la table pour la première fois, nous essayions de comprendre de quoi il s'agissait. Vous devez vous assurer que le signal n'est pas seulement du bruit, et vous devez faire une analyse minutieuse pour le vérifier, mais voir que le signal initial était une bonne indication qu'il y avait une autre planète… Ce n'était pas un moment eureka parce que nous devions encore y aller à travers une liste de contrôle des choses à faire afin de vérifier les données. Une fois que toutes les cases ont été cochées, cela a coulé, wow, c'est en fait une planète. »
Malheureusement, le K2-18c nouvellement découvert orbite trop près de son étoile pour qu'il se trouve dans sa zone habitable. Cependant, la probabilité que le K2-18b soit habitable reste probable, ce qui dépend de sa composition en vrac. En fin de compte, ce système bénéficiera de levés supplémentaires qui impliqueront très probablement le télescope spatial James Webb de la NASA (JWST) - dont le lancement est prévu en 2019.
Ces enquêtes devraient résoudre les derniers mystères de cette planète, qu'il s'agisse de la Terre ou d'un «monde aquatique». "Avec les données actuelles, nous ne pouvons pas faire la distinction entre ces deux possibilités", a déclaré Cloutier. "Mais avec le télescope spatial James Webb (JWST), nous pouvons sonder l'atmosphère et voir s'il a une atmosphère étendue ou s'il s'agit d'une planète recouverte d'eau."
Comme l'a expliqué René Doyon - le chercheur principal de l'imageur proche infrarouge et du spectrographe sans fente (NIRISS), l'instrument de l'Agence spatiale canadienne à bord du JWST, et co-auteur du document - a expliqué:
«Il y a beaucoup de demande pour utiliser ce télescope, vous devez donc être méticuleux dans le choix des exoplanètes à regarder. Le K2-18b est désormais l'une des meilleures cibles pour l'étude de l'atmosphère, il arrive en tête de liste. »
La découverte de cette deuxième Super-Terre dans le système K2-18 est encore une autre indication de la façon dont les systèmes multi-planètes prévalent autour des étoiles de type M (naine rouge). La proximité de ce système, qui possède au moins une planète avec une atmosphère épaisse, le rend également bien adapté aux études qui en apprendront plus aux astronomes sur la nature des atmosphères exoplanètes.
Attendez-vous à en savoir plus sur cette étoile et son système planétaire dans les années à venir!
