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samedi 15 mars 2014

Les mini Neptunes, géantes de glace... naines




Les mini-neptunes sont des planètes gazeuses naines dont la masse est inférieure à celle des géantes de glaces (Uranus et Neptune), de l'ordre de la masse terrestre, jusqu'à 10 fois cette masse. Elles se caractérisent essentiellement par une épaisse atmosphère composée d'hydrogène et d'hélium, sous laquelle on trouve une profonde couche semi-liquide de glace, d'eau et/où d'ammoniac (ou d'autres composés volatils plus lourds), entourant un petit noyau rocheux ou composé d'éléments volatils hyper-compressés. Sans l'atmosphère géante d'hydrogène-hélium, ces mini-neptunes seraient vraisemblablement classées dans la catégorie des planètes océans.

Les déductions concernant la composition et de la structure des mini-neptunes sont basées sur les connaissances que l'on a des deux géantes glacées du système solaire. Celui-ci ne contient toutefois pas de planète caractéristique de la catégorie mini-Neptune, bien qu'elle semble être courante dans l'univers. La distinction entre une planète tellurique et une mini-neptune se tient à l'épaisseur de l'atmosphère, et donc, de la planète : les gazeuses, peu denses, ont un rayon plus élevé que les telluriques pour une masse similaire. Aux alentours de deux rayons terrestres (environ 24 000 km de diamètre), une telle planète serait considérée comme une mini-neptune. La distinction sur la base de la masse s'établit entre 2 et 10 masses terrestres. Néanmoins, des planètes de masse terrestre pourraient également présenter une composition et une structure de type mini-neptune. Plusieurs planètes potentielles auparavant qualifiées de Super-Terre pourraient en fait être des mini-neptunes, peu propices à la technologie - mais pas nécessairement à la vie complexe.

Ci-contre : Composition et structure estimées d'une mini-Neptune approchant 2 masses terrestres - (img : S. Desbrosses). La couche de glace et d'eau recouvre totalement la surface solide, dans un océan pouvant atteindre plusieurs centaines de kilomètres de profondeur

Kepler-11 f, par exemple, pourrait être l'une de ces mini-Neptunes : d'une masse de 2,3 fois celle de la Terre, elle présente également une très faible densité (0,69g/cm3, de l'ordre de celle de Saturne, ce qui implique qu'elle est probablement composée d'une large atmosphère hydrogène-hélium, entourant un océan liquide, lui même entourant un très petit noyau solide. KOI-314c, encore plus petite (de masse terrestre) présente un diamètre de 20500 km.

Les mini-neptunes orbitent probablement toujours assez loin de leur étoile parente de sorte que leur atmosphère ne puisse être soufflée par les vents solaires. Dans le système Kepler 11, on sait que les planètes internes, comme dans le système solaire, présentent des densités supérieures à celles des planètes que l'on soupçonne d'être des mini-neptunes. Les mini-neptunes se forment probablement plus tôt que les planètes telluriques lors de l'accrétion du disque planétaire, ce qui explique qu'elles puissent attirer des résidus de gaz, quand il n'en reste plus assez lors de la formation des planète telluriques.

De récentes découvertes suggèrent que les mini-neptunes sont très courantes. Ainsi, 24 des 34 planètes confirmées par Marcy et al (2014) et dont a été calculée la masse volumique, se révèlent être de faible densité (inférieure à 5,5 g/cm3, densité terrestre), en dépit d'une masse seulement 1 à 4 fois supérieure à celle de la Terre. Lithwick et al (2014), basant leur étude sur une soixantaine de planètes, concluent de manière similaire : la majorité des planètes découvertes par le téléscope spatial Kepler, dont la masse est supérieure à 2 fois celle de la Terre ont de faibles densités suggérant qu'il s'agit de planètes gazeuses.

L'exemple de KOI-314c indique des planètes gazeuses pourraient même exister à des masses similaires à celle de la Terre, mais il faut noter que cette planète orbite près de son atmosphère, en faisant le tour en seulement 23 jours terrestres. Il est donc possible que la majorité de son atmosphère ait d'ores et déjà été soufflée par les vents solaires.


Marcy et al (2014). "Mass, Radii and orbits of small Kepler planets : the transition from gazeous to rocky planets". ApJS arxiv.org/1401.4195