Une super-Terre voisine faite de diamant ?

Jeudi, 11 octobre 2012

La super-Terre 55 Cancri e orbitant autour d’une étoile voisine du Soleil serait faite de diamants. C’est ce que propose une équipe internationale de chercheurs composée de Nikku Madhusudhan, Kanani Lee (Université de Yale, USA) et Olivier Mousis (UTINAM/IRAP/CNRS/Université de Franche-Comté/Université de Toulouse), afin d’expliquer ses caractéristiques de masse et de rayon. Ce résultat va être publié dans The Astrophysical Journal Letters.


«C’est notre premier aperçu d’un monde rocheux avec une chimie fondamentalement différente de celle de la Terre», a déclaré le pilote de cette étude, Nikku Madhusudhan, astrophysicien à l’Université de Yale. «La surface de cette planète est probablement couverte de graphite et de diamant plutôt que d'eau et de granit. »
La planète - nommée 55 Cancri e - a un rayon mesurant deux fois celui de la Terre, et possède une masse huit fois plus élevée, ce qui en fait une « super-Terre ». 55 Cancri e est l'une des cinq planètes orbitant autour d'une étoile semblable au soleil, 55 Cancri, située à 40 années-lumière de la Terre, et qui est visible à l'œil nu dans la constellation du Cancer. Vue intérieure de 55 Cancri e — une planète très chaude avec une surface de graphite qui entoure essentiellement une épaisse couche de diamant, en dessous de laquelle se trouve une couche de silicium à base de minéraux et d'un noyau de fer en fusion au centre. (Image par Haven Giguere, Yale Univ.)

La planète orbite autour de son étoile à une vitesse extrêmement élevée : son année dure seulement 18 heures, une valeur très faible comparée aux 365 jours de l’année terrestre. Cette planète est également incroyablement chaude, avec une température de plus de 2000 degrés Celsius, ce qui en fait un monde bien loin d’être habitable, selon les chercheurs.
La planète a été découverte grâce à son transit devant l’étoile 55 Cancri e l’an dernier1, ce qui avait permis aux astronomes de mesurer son rayon. Cette information, combinée à une estimation récente de sa masse, a permis à Nikku Madhusudhan, Kanani Lee et Olivier Mousis d’en déduire la composition chimique de la planète par le biais de modèles numériques de son intérieur qui ont exploré toutes les combinaisons d’éléments et de composés qui donneraient ces caractéristiques spécifiques.
En outre, les astronomes avaient déjà signalé que l'étoile hôte possède plus de carbone que d'oxygène, contrairement au Soleil. En utilisant cette information, Madhusudhan et ses collègues ont confirmé que des quantités importantes de carbone et de carbure de silicium étaient disponibles lors de la formation de la planète.
Les astronomes pensaient auparavant que 55 Cancri e contenait une importante quantité d'eau surchauffée, en se basant sur l'hypothèse que sa composition chimique était semblable à celle de la Terre. « Mais cette nouvelle étude tend à montrer qu'il n'y’a pas d'eau du tout et que cette planète serait composée principalement de carbone (comme le graphite et le diamant), de fer, de carbure de silicium, et, éventuellement, de silicates », explique Olivier Mousis, astrophysicien à l’Université de Franche-Comté et à l’Université de Toulouse. L'étude montre aussi qu’un tiers de la masse de la planète - l'équivalent d'environ trois masses terrestres - pourrait être fait de diamant.

"En revanche, l'intérieur de la Terre est riche en oxygène, mais extrêmement pauvre en carbone - moins de 0,1% en masse», indique Kanani Lee, géophysicienne à l’Université de Yale.
Carte du ciel montrant la planète 55 Cancri dans la constellation du Cancer. Son étoile hôte est visible à l'œil nu, mais mieux avec des jumelles. (Image par Nikku Madhusudhan, Yale Univ., créé avec Sky Map) « L’identification de super-Terres riches en carbone implique qu’on ne peut plus faire l’hypothèse que les planètes rocheuses lointaines possèdent des constituants chimiques, des intérieurs, des atmosphères ou bien des formes de vies similaires à celle de la Terre », explique Nikku Madhusudhan. Cette découverte ouvre également de nouvelles voies concernant l'étude de la géochimie et des processus géophysiques pouvant se produire dans ce type de planètes. Une composition riche en carbone pourrait influer sur l'évolution thermique de la planète et la tectonique des plaques, par exemple, avec des implications pour le volcanisme, l'activité sismique et la formation des montagnes.
Cette nouvelle étude montre, pour la première fois, que des astronomes ont identifié une planète faite de diamant autour d'une étoile semblable au Soleil et précisé sa composition chimique. Les observations ultérieures de l’atmosphère de 55 Cancri e, combinées avec d'autres estimations de la composition de son étoile parente, permettront encore d’améliorer notre connaissance de la composition chimique de cette planète.

Note(s): 
  1. 55 Cancri: A Coplanar Planetary System that is Likely Misaligned with its Star, Nathan A. Kaib, Sean N. Raymond, Martin J. Duncan (OASU-LAB-UST-L3AB-CNRS/Université Bordeaux 1), Astrophysical Journal Letters 742, 2 (2011) L24
Source(s): 

Nikku Madhusudhan, Kanani Lee, Olivier Mousis, A possible carbon-rich interior in super-Earth 55 Cancri e, The Astrophysical Journal Letter, sous presse.

Contact(s):
  • Olivier Mousis, LAM (CNRS/Aix-Marseille Université)
    olivier [dot] mousis [at] lam [dot] fr, 06 60 85 33 92

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