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samedi 15 mars 2014

Les Neptunes froides, géantes de glace




Les Neptunes froides  ou géantes de glaces froides sont des planètes de structure et de composition similaires à celles de Neptune et Uranus : à majorité composée d'éléments volatils plus lourds que l'hydrogène et l'hélium, tels que l'eau, l'ammoniac ou le méthane, ces planètes géantes orbitent généralement loin de leur étoile parente, et se composent d'une atmosphère épaisse et peu dense, entourant des océans semi-liquides de glaces. On suppose qu'elles présentent un noyau de type rocheux.

Les géantes de glaces sont d'énormes planètes, d'une masse supérieure à 10 fois celle de la Terre, mais néanmoins généralement inférieure à celle des géantes joviennes. Bien qu'elle contiennent, surtout dans leur couches atmosphériques, de l'hydrogène et de l'hélium, elles se composent principalement de glaces, dans le sens astrophysique du terme : les glaces sont des éléments volatils tels que l'eau, l'ammoniac et le méthane (plus lourds que j'hydrogène et l'hélium), que l'on trouve sous différents états dans les géantes de glaces (gaz, liquide, mais également solide). L'atmosphère créé suffisamment de pression pour qu'en descendant dans l'intérieur de la planète, ces glaces, gazeuses, en surface, se liquéfient, voire se solidifient, au plus proche du noyau. Les glaces représentent environ 80% de la masse d'une géante de glaces de type Neptune froide.

L'hydrogène et l'hélium n'en représentent que 20%, ce qui différencie nettement ces planètes des géantes joviennes, composée d'une large proportion d'hydrogène/hélium, à hauteur de 90%. L'hydrogène et l'hélium sont néanmoins les constituants principaux de l'atmosphère des géantes de glaces, laquelle peut connaître de grands vents, des vortex et de véritables tempêtes, d'autant plus si le noyau est encore actif, et qu'il se produit des transferts de chaleur interne. Lorsque ces transferts sont très faibles, l'atmosphère devient beaucoup plus homogène, à l'image de l'atmosphère d'Uranus.

Contrairement aux géantes joviennes également, leur faible champ magnétique suggère que les géantes de glaces manquent d'hydrogène en phase métallique dans les couches inférieures de la planète - par la conjugaison d'un manque de quantité d'éléments et d'une pression plus faible. Le champs magnétique créé (tout de même 25 à 50 fois plus puissant que ceux des planètes telluriques) est relativement chaotique, et pourrait provenir des mouvements d'éléments ionisés du manteau.

Les Neptunes froides se distinguent des Neptunes chaudes par leur éloignement à leur étoile parente, causant une température particulièrement basse globalement et surtout en surface. Ainsi, les atmosphères de Neptune et Uranus, deux planètes appartenant à cette catégorie que sont les Neptunes froides, atteignent péniblement -220°C en surface.

Les Neptunes froides se forment vraisemblablement très tôt au cours de l’accrétion du disque protoplanétaire, lorsque celui-ci contient encore beaucoup de gaz (entre 3 et 10 millions d'années après son apparition). Ces planètes captent également énormément de glaces, mais peu de poussières métalliques et silicatées, ce qui explique la petite taille du noyau rocheux. Celui-ci peut être suffisamment compressé pour entrer en fusion et se liquéfier.

C'est de cette période de formation que les géantes de glaces de type Neptune froid tiennent leur nom : la majorité des éléments récoltés sont des poussières et des blocs de glace d'éléments plus lourds que l'hydrogène et l'hélium, qui, par la suite dans l'évolution de la planète, vont se liquéfier ou se solidifier. La glace sur ces planètes est essentiellement constituée d'eau, sous forme de fluide supercritique. Par conséquent, il n'existe pas de limite stricte entre les couches les plus basses de l'atmosphère et les couches supérieures du manteau, l'océan liquide de glaces.

Les Neptunes froides extrasolaires, dont le premier exemple fut découvert en 2004 (Butler et al), semblent relativement communes (Tumis et al, 2009). Du fait de leur localisation éloignée, néanmoins, les Neptunes froides sont observées beaucoup moins souvent (près de 20 fois moins souvent) que les Neptunes chaudes.


Tumis et al (2009). "A Cold Neptune-Mass Planet OGLE-2007-BLG-368Lb : Colds Neptunes are common". Astro-ph. arxiv.org/0912.1171