Explication de l’écart dans la distribution de taille des super Terres

MADRID, le 9 février (EUROPA PRESS) –

Des astronomes allemands et suisses ont découvert des preuves de l’origine de l’écart énigmatique dans la répartition de la taille des exoplanètes. à environ deux rayons terrestres.

Leurs simulations informatiques montrent que la migration des sous-Neptunes glacées vers les régions intérieures de leurs systèmes planétaires pourrait expliquer ce phénomène. Alors qu’ils s’approchent de l’étoile centrale, L’évaporation de la glace d’eau forme une atmosphère qui fait paraître les planètes plus grandes que dans leur état gelé.

Dans le même temps, les planètes rocheuses plus petites perdent progressivement une partie de leur enveloppe gazeuse d’origine, entraînant un rétrécissement de leur rayon mesuré au fil du temps.

Normalement, les planètes des systèmes planétaires évolués, tels que le système solaire, suivent des orbites stables autour de leur étoile centrale. Cependant, de nombreux indices suggèrent que certaines planètes ils pourraient quitter leur lieu de naissance au début de leur évolution en migrant vers l’intérieur ou vers l’extérieur.

Cette migration planétaire pourrait également expliquer une observation qui laisse perplexe les chercheurs depuis plusieurs années : le nombre relativement faible d’exoplanètes d’une taille environ deux fois supérieure à celle de la Terre, connue sous le nom de vallée du rayon ou écart. Au contraire, il existe de nombreuses exoplanètes plus petites et plus grandes que cette taille.

“Il y a six ans, une nouvelle analyse des données du télescope spatial Kepler a révélé un manque d’exoplanètes dont la taille était autour de deux rayons terrestres”, explique-t-il. c’est une déclaration Remo Burn, chercheur sur les exoplanètes à l’Institut Max Planck d’astronomie (MPIA) à Heidelberg. Il est l’auteur principal de l’article qui rapporte les résultats décrits dans cet article, maintenant publié dans Nature Astronomy.

“En fait, comme d’autres groupes de recherche, nous avions prédit, sur la base de nos calculs, avant même cette observation, qu’un tel écart devait exister”, explique le co-auteur Christoph Mordasini, membre du Centre national de compétence en recherche (PRN). . ) PlanèteS. Il dirige la division Recherche spatiale et sciences planétaires à l’Université de Berne. Cette prédiction est née lors de son mandat de scientifique au MPIA, qui mène des recherches dans ce domaine depuis de nombreuses années en collaboration avec l’Université de Berne.

Le mécanisme le plus souvent suggéré pour expliquer l’apparition d’une telle vallée radiale est que les planètes pourraient perdre une partie de leur atmosphère d’origine en raison de l’irradiation de l’étoile centrale, des gaz particulièrement volatils tels que l’hydrogène et l’hélium.

“Cependant, cette explication ignore l’influence de la migration planétaire”, précise Burn. Depuis environ 40 ans, il a été établi que, sous certaines conditions, les planètes peuvent entrer et sortir des systèmes planétaires au fil du temps. L’efficacité de cette migration et dans quelle mesure elle influence le développement des systèmes planétaires influence sa contribution à la formation de la vallée radiale.

Deux types différents d’exoplanètes habitent la gamme de tailles entourant l’espace. D’une part, il y a les planètes rocheuses, qui peuvent être plus massives que la Terre et c’est pourquoi on les appelle super Terres. D’autre part, les astronomes découvrent de plus en plus de soi-disant sous-Neptunes (également mini-Neptunes) dans des systèmes planétaires lointains, qui sont en moyenne légèrement plus grands que les super-Terres.

“Cependant, nous n’avons pas ce type d’exoplanètes dans le système solaire”, note Burn. “Par conséquent, même aujourd’hui, nous ne sommes pas exactement sûrs de sa structure et de sa composition.”

Pourtant, les astronomes s’accordent généralement sur le fait que ces planètes ont une atmosphère nettement plus grande que celle des planètes rocheuses. Par conséquent, il est difficile de comprendre comment les caractéristiques de ces sous-Neptunes contribuent au fossé radio. Cet écart pourrait-il même suggérer que ces deux types de mondes se forment différemment ?

“Sur la base des simulations que nous avons déjà publiées en 2020, les derniers résultats indiquent et confirment qu’au contraire, l’évolution des sous-Neptunes après leur naissance contribue de manière significative au creux du rayon observé”, conclut Julia Venturini de l’Université de Genève. Il est membre de la collaboration PlanetS mentionnée ci-dessus et a dirigé l’étude 2020.

Dans les régions glacées de leur lieu de naissance, où les planètes reçoivent peu de rayonnement chauffant de l’étoile, les tailles des planètes sous-Neptunes devraient manquer dans la distribution observée. À mesure que ces planètes vraisemblablement glacées se rapprochent de l’étoile, la glace fond et finit par former une épaisse atmosphère de vapeur d’eau.

Ce processus entraîne une modification des rayons des planètes vers des valeurs plus grandes. Après tout, les observations utilisées pour mesurer les rayons planétaires Ils ne peuvent pas différencier si la taille donnée est due uniquement à la partie solide de la planète ou à une atmosphère dense supplémentaire.

Dans le même temps, comme déjà suggéré dans l’image précédente, les planètes rocheuses « rétrécissent » en perdant leur atmosphère. En général, les deux mécanismes produisent un manque de planètes d’une taille autour de deux rayons terrestres.

“Les recherches théoriques du groupe Bern-Heidelberg ont déjà fait progresser considérablement notre compréhension de la formation et de la composition des systèmes planétaires dans le passé”, explique Thomas Henning, directeur du MPIA. “Par conséquent, l’étude actuelle est le résultat de nombreuses années de travaux préparatoires conjoints et d’améliorations constantes des modèles physiques.”

Les derniers résultats proviennent de calculs de modèles physiques qui suivent la formation des planètes et leur évolution ultérieure. Ils couvrent les processus dans les disques de gaz et de poussière qui entourent les jeunes étoiles et donnent naissance à de nouvelles planètes. Ces modèles incluent l’émergence des atmosphères, le mélange de différents gaz et la migration radiale.

“Cette étude s’est concentrée sur les propriétés de l’eau aux pressions et températures qui se produisent au sein des planètes et de leur atmosphère”, explique Burn. Comprendre le comportement de l’eau dans une large plage de pressions et de températures est crucial pour les simulations. Ces connaissances n’ont acquis une qualité suffisante qu’au cours des dernières années. C’est ce composant qui permet un calcul réaliste du comportement des subneptunes, expliquant ainsi la manifestation d’atmosphères étendues dans les régions plus chaudes.

“Il est surprenant de voir comment, comme dans ce cas, les propriétés physiques au niveau moléculaire influencent les processus astronomiques à grande échelle, tels que la formation des atmosphères planétaires”, ajoute Henning.

“Si nous étendions nos résultats à des régions plus froides, où l’eau est liquide, cela pourrait suggérer l’existence de mondes aquatiques dotés d’océans profonds”, explique Mordasini. “Ces planètes pourraient potentiellement abriter la vie et “Ils constitueraient des cibles relativement simples pour la recherche de biomarqueurs grâce à leur taille.”