Une collaboration internationale a permis la découverte de deux des planètes géantes les moins denses jamais enregistrées. L'étude décrit de rares « super-bouffées » dont la densité est inférieure à celle de la barbe à papa. Ces recherches, menées par les universités d'Oxford, de la Côte d'Azur et de Birmingham, ont mis au jour un système inhabituel qui remet en question notre compréhension de la formation des planètes géantes.
Les planètes TOI-791 b et TOI-791 c orbitent autour d'une étoile naine de type F7 située à 1 110 années-lumière dans la constellation australe du Vol. Bien que ces deux planètes aient une taille comparable à celle de Jupiter, leur distribution spatiale est particulièrement diffuse. La densité de TOI-791 b est de 0,038 gramme par centimètre cube, tandis que celle de TOI-791 c est de 0,047 gramme par centimètre cube.
À titre de comparaison, la densité de la barbe à papa est d'environ 0,05 gramme par centimètre cube, et celle de la Terre est de 5,5 grammes par centimètre cube. La densité moyenne de Jupiter est de 1,33 gramme par centimètre cube, soit 28 à 35 fois supérieure à celle de ces planètes duveteuses.
Analyse de la résonance des planètes jumelles
Ces planètes sont des « sœurs », formées ensemble à partir du même disque de gaz et de poussière entourant leur jeune étoile. Elles sont en interaction gravitationnelle rare, appelée résonance de mouvement moyen 5:3. Pour cinq orbites effectuées par la planète intérieure, la planète extérieure en effectue presque exactement trois. Cette interaction gravitationnelle provoque une attraction réciproque entre les planètes, induisant des décalages mesurables dans le calendrier de leurs transits devant l'étoile.
Seuls quatre autres systèmes sont connus pour abriter plusieurs superplanètes, faisant de TOI-791 un laboratoire exceptionnellement rare. Des bénévoles participant au projet de science participative Planet Hunters TESS ont identifié ces planètes pour la première fois en 2019 et 2023 grâce au satellite TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) de la NASA. Les chercheurs ont ensuite calculé leur densité en combinant des données d'observation sur leur taille et leur masse.
Récolter dans l'obscurité permanente de l'Antarctique.
Lorsqu'une planète passe devant son étoile, elle atténue légèrement la luminosité de celle-ci, ce qui permet de déterminer sa taille. En analysant les infimes variations de la durée du transit dues à l'attraction gravitationnelle mutuelle des planètes, l'équipe a estimé leurs masses et leurs faibles densités. Cette découverte est le fruit de huit années d'observations, notamment grâce aux données du télescope terrestre ASTEP en Antarctique.
L'hiver antarctique a offert un avantage unique. Des mois d'obscurité ininterrompue ont permis aux astronomes d'enregistrer des transits planétaires exceptionnellement longs devant le disque solaire, chacun durant plus de 11 heures, lors d'une observation unique et continue. Il s'agit officiellement des transits planétaires continus les plus longs jamais observés intégralement depuis la Terre.
Étude de l'évolution des coquilles de gaz
Les astronomes débattent encore de la formation des planètes super-gonflées. Une théorie majeure suggère qu'elles possèdent d'immenses atmosphères riches en hydrogène et en hélium, qui constituent une part importante de leur masse totale.
Ces gigantesques enveloppes de gaz se sont peut-être formées lors de la formation des planètes, loin de leur étoile, dans des régions froides du disque protoplanétaire, où le gaz pouvait s'accumuler rapidement autour d'un noyau solide.
Les chercheurs prévoient de poursuivre leurs recherches afin de mieux comprendre l'histoire de cette formation. Ils envisagent d'utiliser le télescope spatial James Webb pour déterminer si ces atmosphères hypertrophiées contiennent des composés carbonés, azotés et oxygénés. Ces observations spatiales apporteront un éclairage nouveau sur l'évolution de ces systèmes multiplanétaires atypiques au cours des longues périodes.
Les résultats de l'étude ont été publiés pour la première fois dans la revue Avis mensuels de la Société royale d'astronomie.