Une géante « interdite » : cette planète hors normes possède une atmosphère encore jamais observée

Un rapport de taille inédit autour d’une naine rouge

L’exoplanète TOI-5205 b constitue une véritable énigme pour la communauté scientifique depuis sa découverte. Cette sphère gazeuse massive est qualifiée de planète « interdite » par les spécialistes en raison de ses dimensions extraordinaires. Elle affiche en effet une taille et un poids légèrement supérieurs à ceux de notre Jupiter.

Son orbite se dessine de manière très rapprochée autour d’une étoile de type naine rouge, dont le rayon n’est qu’environ quatre fois plus grand que celui de la planète elle-même. La manière dont une configuration aussi inhabituelle a pu voir le jour demeure incertaine pour les astronomes, tandis que de nouvelles observations viennent encore ajouter de la complexité à ses singularités.

Dans ce système fascinant, l’étoile n’est que 375 fois plus lourde que son astre compagnon. Cela signifie concrètement que la planète représente environ 0,3 pour cent de la masse de son étoile hôte. Ce chiffre constitue tout simplement le ratio de masse le plus élevé parmi toutes les planètes connues orbitant autour de naines rouges.

La lumière stellaire révèle des secrets atmosphériques

Pour confirmer l’existence et les propriétés de cette planète étrange, les équipes de recherche ont pris le relais des travaux initiaux menés par le Transiting Exoplanet Survey Satellite, mieux connu sous l’acronyme TESS, un instrument opérant sous l’égide de la NASA.

Les scientifiques ont ensuite longuement observé le système stellaire à l’aide du puissant télescope spatial JWST au moment exact où TOI-5205 b transitait devant son étoile. Ce passage minutieusement chronométré devant l’astre lumineux a offert une opportunité d’analyse absolument unique.

C’est précisément la lumière stellaire, en filtrant lentement à travers l’atmosphère de la planète lors de ce transit, qui a permis de révéler sa composition de manière détaillée. Et les résultats issus de ces données de pointe s’avèrent particulièrement inhabituels pour le monde de l’astronomie.

Le paradoxe d’une métallicité complètement inversée

Dans le domaine complexe de l’astronomie, et au grand dam des chimistes du monde entier, la définition d’un métal est très spécifique. Les scientifiques considèrent en effet comme un « métal » tout élément présent dans l’univers qui n’est ni de l’hydrogène ni de l’hélium. Ainsi, les étoiles possèdent ce que l’on appelle une métallicité, et elles peuvent être riches ou pauvres en métaux selon la proportion d’éléments autres que l’hydrogène et l’hélium qu’elles contiennent.

Généralement, lors de la formation d’un système stellaire classique, l’étoile centrale accapare la majeure partie de l’hydrogène et de l’hélium présents dans la pouponnière d’étoiles initiale. Par conséquent, les planètes qui se forment autour héritent logiquement d’une métallicité bien plus élevée que celle de leur astre central.

La surprise majeure de cette étude réside dans le fait que, d’après les relevés des observations, TOI-5205 b possède une métallicité inférieure à celle de son étoile. Il s’agit d’un phénomène scientifique qui n’a jamais été observé auparavant et qui place cette situation du côté d’un monde fonctionnant complètement à l’envers par rapport aux modèles établis.

Une modélisation pour comprendre le cœur de la géante

Face à ce constat clairement singulier, les chercheurs ont rapidement compris que quelque chose d’étrange se produisait. L’équipe a donc utilisé une modélisation mathématique particulièrement sophistiquée pour tenter de prédire la cause exacte de leur résultat atypique. Ces calculs suggèrent que les éléments les plus lourds sont majoritairement enfouis profondément à l’intérieur de la planète.

Shubham Kanodia, co-auteur de l’étude basé à la Carnegie Science de Washington DC, a détaillé ce processus dans une déclaration officielle. « Nous avons observé une métallicité bien inférieure à ce que nos modèles prédisaient pour la composition globale de la planète, qui est calculée à partir des mesures de la masse et du rayon d’une planète. Cela suggère que ses éléments lourds ont migré vers l’intérieur lors de sa formation et que désormais son intérieur et son atmosphère ne se mélangent pas, » précise le chercheur.

Le scientifique complète ensuite son analyse en exposant la composition chimique qui découle directement de ce processus de formation. « En résumé, ces résultats suggèrent une atmosphère planétaire très riche en carbone et pauvre en oxygène, » conclut-il.

Un record cosmique qui redéfinit les processus de formation

Les analyses quantitatives rapportent que la métallicité globale de la planète est environ 100 fois supérieure à celle de l’atmosphère seule. Malgré cette disparité interne impressionnante, TOI-5205 b s’impose, une fois de plus, comme un astre battant tous les records. Son atmosphère présente tout simplement la métallicité la plus faible de toutes les planètes géantes gazeuses connues à ce jour.

Pour autant, cette fine enveloppe gazeuse n’est pas constituée d’hydrogène et d’hélium purs. Les observations ont permis de détecter la présence d’un ensemble de molécules intéressantes mélangées, telles que le méthane et le sulfure d’hydrogène. L’étude approfondie de la composition chimique entière de ce monde atypique pourrait bien aider la communauté scientifique à comprendre avec précision comment il a pu se former.

Anjali Piette, co-autrice de l’étude à l’Université de Birmingham au Royaume-Uni, a souligné les perspectives ouvertes par ce travail dans une déclaration. « Ces découvertes ont des implications pour notre compréhension du processus de formation des planètes géantes qui se produit au début de la durée de vie d’une étoile. Le fait que la planète ait une métallicité inférieure à celle de sa propre étoile hôte la fait se démarquer parmi toutes les planètes géantes qui ont été étudiées à ce jour, » a-t-elle expliqué.

L’intégralité de ces découvertes et des données associées ont été officiellement publiées dans les colonnes de la revue scientifique The Astronomical Journal.

Selon la source : iflscience.com