Les planètes du système TRAPPIST-1 seraient des mondes rocheux et aquatiques

Cela fait presque un an que des astronomes ont annoncé la découverte de 7 exoplanètes terrestres dans le système TRAPPIST-1. À seulement 40 années-lumière, il représente l’une des études de cas les plus claires sur le fonctionnement des systèmes planétaires et la probabilité de trouver la vie ailleurs dans l’univers. De nouvelles recherches ont calculé la densité des planètes et de leurs atmosphères, nous donnant une meilleure idée de leur apparence et de la quantité d’eau présente.

TRAPPIST-1 est une étoile naine ultra-froide, à peine plus grosse que Jupiter. Les 7 planètes, TRAPPIST-1b à 1h, orbitent leur étoile de très près, autant que Mercure l’est du Soleil.

On pourrait croire que c’est l’enfer là-bas, mais comme TRAPPIST-1 est beaucoup plus froide que le Soleil, sa zone habitable est beaucoup plus proche, et TRAPPIST-1e, f et g sont en orbite dans cette zone.

Le système TRAPPIST-1 contient un total de 7 planètes de la taille de la Terre. Trois d’entre elles : TRAPPIST-1e, f et g, sont situées dans la zone habitable de l’étoile (en vert dans cette représentation artistique), où les températures sont idéales pour que de l’eau à l’état liquide existe à la surface.Alors que TRAPPIST-1b, c et d sont trop proches de leur étoile et que TRAPPIST-1h en est trop loin, les 3 autres planètes pourraient avoir les bonnes conditions pour abriter la vie. Pour la comparaison avec le système TRAPPIST-1, la partie interne du système solaire et sa zone habitable sont représentées. (NASA/ JPL-Caltech)

Mais ce n’est pas parce qu’elles sont dans la bonne position pour l’émergence de la vie que, nécessairement, elles le peuvent. Il y a beaucoup d’autres facteurs qui rentrent en jeu, y compris la composition et les densités des planètes, et de déterminer ces détails fut l’objet de cette nouvelle étude.

Selon Sean Carey, coauteur de la nouvelle étude :

Nous en savons maintenant plus sur TRAPPIST-1 que sur tout autre système planétaire en dehors du nôtre. Les densités améliorées dans notre étude affinent considérablement notre compréhension de la nature de ces mondes mystérieux.

La densité d’une planète éloignée n’est pas facile à déterminer. Selon les chercheurs, c’est un «problème en 35 dimensions», car il est basé sur les variations de l’orbite de chaque planète. Comme les planètes de TRAPPIST-1 sont assez proches les unes des autres, leurs forces gravitationnelles peuvent influencer leurs orbites respectives. La mesure de ces oscillations permet aux astronomes d’estimer la masse des planètes.

Avec la masse et le rayon de chaque planète connus, les chercheurs peuvent alors calculer leurs densités, ce qui à son tour en dit long sur ce qui les compose. La combinaison des données sur la densité, la composition, l’atmosphère et la distance orbitale, et des simulations basées sur celles-ci, donne une image encore plus nette de ces 7 mondes.

Représentation artistique de ce à quoi pourraient ressembler les 7 planètes en orbite de TRAPPIST-1, avec la présence possible d’océans d’eau à côté de quelques images des planètes rocheuses dans notre système solaire. Des informations sur la taille et les périodes orbitales de toutes les planètes sont également fournies à titre de comparaison; les planètes TRAPPIST-1 sont toutes à peu près de la taille de la Terre. (NASA)

Selon Brice-Olivier Demory, coauteur de l’étude :

Les densités, bien que des indices importants sur les compositions des planètes, ne disent rien de l’habitabilité. Cependant, notre étude est un pas en avant important, car nous continuons à chercher à savoir si ces planètes pourraient soutenir la vie.

Sur la base de ces calculs, TRAPPIST-1b semble avoir un noyau rocheux et une épaisse atmosphère. TRAPPIST-1c est également rocheuse mais avec une atmosphère plus mince et 1d est la plus légère, avec moins d’un tiers de la masse de la Terre. Cela pourrait être dû à une grande atmosphère, un océan liquide ou une couche de glace.
TRAPPIST-1e semble être la plus terrestre des planètes du système. Elle fait à peu près la même taille que la Terre tout en étant un peu plus dense, ce qui suggère un noyau de fer, et elle reçoit une quantité similaire de rayonnement de son étoile parente que nous en recevons du Soleil. C’est la planète la plus rocheuse et elle pourrait contenir de l’eau liquide. TRAPPIST-1f, g et h semblent avoir des atmosphères minces et pourraient abriter de la glace d’eau à la surface.

Au total, les densités suggèrent que l’eau pourrait représenter jusqu’à 5% de la masse de certaines des planètes (en comparaison, l’eau ne représente que 0,02 % de la masse de la Terre).

Les chercheurs affirment que même si leurs modèles sont les plus complets en fonction des informations disponibles, ce que nous savons du système TRAPPIST-1 continuera de changer à mesure que de nouvelles observations seront réalisées.

L’étude publiée dans la revue Astronomy & Astrophysics (PDF) : The nature of the TRAPPIST-1 exoplanets et présentée sur le site de l’ESO : TRAPPIST-1 Planets Probably Rich in Water.

Pendant ce temps, Hubble observait leur atmosphère

Une étude connexe, menée par une équipe utilisant le télescope spatial Hubble, a scruté les atmosphères de TRAPPIST-1d, e, f et g. Cette étude a révélé que les 3 premières (d,e,f) n’ont pas d’atmosphère riche en hydrogène, ce qui soutient également l’idée que ce sont des mondes rocheux. Cependant, la même chose n’a pu être confirmée pour TRAPPIST-1g.

L’animation ci-dessous montre comment la lumière stellaire qui traverse l’atmosphère d’une exoplanète interagit avec les atomes qui la composent. Comme chaque élément bloque une longueur d’onde spécifique de la lumière, ils laissent une signature distincte dans le spectre de lumière de l’étoile que détecte Hubble.

Selon Julien de Wit, auteur principal de l’étude :

La présence d’atmosphères gonflées, dominées par l’hydrogène, aurait indiqué que ces planètes sont plus probablement des mondes gazeux comme Neptune. Le manque d’hydrogène dans leurs atmosphères soutient davantage les théories sur la nature terrestre des planètes. Cette découverte est une étape importante pour déterminer si les planètes pourraient abriter de l’eau liquide sur leurs surfaces, ce qui pourrait leur permettre de soutenir des organismes vivants.

La présentation des résultats de cette dernière étude par la NASA :

Cette étude a été publiée dans Nature Astronomy : Atmospheric reconnaissance of the habitable-zone Earth-sized planets orbiting TRAPPIST-1 et présentée sur le site du Hubble SPace Telescope : Hubble delivers first insight into atmospheres of potentially habitable planets orbiting TRAPPIST-1.