Les astronomes découvrent une « super-Terre » ultra-dense avec un compagnon extérieur offrant des indices sur sa formation

Une équipe internationale dirigée par des chercheurs japonais et européens a découvert un nouveau système multiplanétaire autour d’une étoile semblable au Soleil, comprenant une planète à période ultra courte avec l’une des densités les plus élevées jamais mesurées. Les constatations, publié dans Rapports scientifiques le 8 novembre, a apporté un nouvel éclairage sur la formation et l’évolution des planètes dans des environnements extrêmes.

Le système nouvellement découvert, nommé K2-360, est situé à environ 750 années-lumière de la Terre. Il se compose de deux planètes en orbite autour d’une étoile semblable à notre soleil :

• K2-360 b : Une « super-Terre » de période ultra courte (planète rocheuse plus grande que la Terre mais plus petite que Neptune) d’environ 1,6 fois la taille de la Terre, en orbite autour de son étoile toutes les 21 heures. Avec une masse 7,7 fois supérieure à celle de la Terre, c’est la planète la plus dense et bien caractérisée de ce type découverte à ce jour.
• K2-360 c : Une planète extérieure plus grande, au moins 15 fois plus massive que la Terre, en orbite tous les 9,8 jours. Cette planète ne transite pas par son étoile, sa taille exacte est donc inconnue.

« Le K2-360 b est vraiment remarquable : il est aussi dense que le plomb, regroupant près de 8 masses terrestres dans une boule à peine plus grande que notre planète », déclare John Livingston, auteur principal de l’étude du Centre d’astrobiologie de Tokyo, au Japon. « Cela en fait la planète la plus dense connue parmi la classe des planètes à période ultra courte. [with precise parameters]qui gravitent autour de leurs étoiles en moins d’une journée. »

La découverte a été rendue possible grâce à la mission K2 de la NASA, qui a détecté pour la première fois la planète intérieure transitant devant son étoile en 2016. Des observations de suivi avec des télescopes au sol, notamment les spectrographes HARPS et HARPS-N, ont confirmé la nature de la planète et révélé la présence du compagnon extérieur.

L’extrême densité de K2-360 b suggère qu’il pourrait s’agir du noyau dénudé d’une planète autrefois plus grande, ayant perdu ses couches externes en raison du rayonnement intense de son étoile hôte proche.

« Cette planète nous donne un aperçu du sort possible de certains mondes proches, où il ne reste que des noyaux rocheux denses après des milliards d’années d’évolution », explique le co-auteur Davide Gandolfi de l’Université de Turin.

La planète extérieure, K2-360 c, ajoute une autre couche d’intrigue au système. Sans transiter par son étoile, son attraction gravitationnelle sur l’étoile hôte a permis aux chercheurs de mesurer sa masse minimale. Les simulations informatiques suggèrent qu’il pourrait avoir joué un rôle crucial dans la formation et l’évolution du système.

Alors que l’on pense que de nombreuses planètes proches ont migré vers l’intérieur grâce à des interactions avec leur disque gazeux natal, K2-360 b a probablement suivi un chemin différent.

« Nos modèles dynamiques indiquent que K2-360 c aurait pu pousser la planète intérieure sur son orbite étroite actuelle grâce à un processus appelé migration à haute excentricité », explique le co-auteur Alessandro Trani de l’Institut Niels Bohr.

« Cela implique des interactions gravitationnelles qui rendent d’abord l’orbite de la planète intérieure très elliptique, avant que les forces de marée ne la circularisent progressivement à proximité de l’étoile. Alternativement, la circularisation des marées aurait pu être induite par l’inclinaison axiale de rotation de la planète. »

L’analyse de l’équipe suggère que K2-360 b a une composition rocheuse riche en fer plus similaire à celle de la Terre qu’à celle de Mercure. En utilisant des modèles basés sur les abondances chimiques observées de l’étoile hôte, les chercheurs estiment que K2-360 b possède probablement un gros noyau de fer représentant environ 48 % de sa masse. Cela la rapproche davantage d’une « super-Terre » que d’un « super-Mercure », malgré son extrême densité.

« Nos modèles de structure intérieure indiquent que K2-360 b possède probablement un noyau de fer important entouré d’un manteau rocheux », explique le co-auteur Mahesh Herath, titulaire d’un doctorat. candidat à l’Université McGill. « Sa surface peut être recouverte de magma en raison de la chaleur intense qu’elle reçoit de son étoile. Comprendre de telles planètes nous aide à comprendre comment les planètes telluriques se forment et évoluent dans différentes conditions à travers la galaxie. »

La découverte du système K2-360 fournit des informations précieuses sur les architectures des systèmes planétaires et les processus qui les façonnent. Les planètes à période ultra courte comme K2-360 b sont relativement rares, et en trouver une avec un compagnon extérieur massif permet de contraindre les théories sur leur formation.

« K2-360 est un excellent laboratoire pour étudier la façon dont les planètes se forment et évoluent dans des environnements extrêmes », conclut Livingston.