Kepler-138 : le nouveau système planétaire découvert par des astronomes de l’UdeM

Le 15 décembre 2022, l’équipe dirigée par la doctorante Caroline Piaulet, de l’Institut Trottier de recherche sur les exoplanètes de l’UdeM a publié une étude détaillée d’un système planétaire connu sous le nom de « Kepler-138 », dans la revue Nature Astronomy.

C’est dans la constellation de la Lyre, soit à plus de 200 années-lumière de chez nous, que les deux planètes Kepler-138 c et Kepler-138 d ont été observées. Les données des télescopes spatiaux de la NASA Hubble et Spitzer ont permis aux astronautes de définir ces planètes comme des « mondes d’eau ».

Une composition étonnante

Ce qui rend cette découverte spéciale, c’est précisément la composition de ces deux planètes. Alors que la Terre est principalement composée de roches et de métaux, Kepler-138 c et Kepler-138 d sont composées de gaz volatiles tels que l’hydrogène et l’hélium. C’est un peu comme si elles étaient enveloppées dans une énorme couche d’air.

« Nous pensions auparavant que les planètes un peu plus grandes que la Terre étaient de grosses boules de métal et de roche, comme des versions agrandies de la Terre, et c’est pourquoi nous les avons appelées “super-Terre” », explique Björn Benneke, le professeur d’astronomie de l’UdeM.

« Nous avons maintenant montré que ces deux planètes, Kepler-138 c et Kepler-138 d, sont de natures très différentes : une fraction importante de leur volume total est probablement composée d’eau. C’est la première fois que nous observons des planètes qui peuvent être désignées avec certitude comme étant des mondes d’eau, un type de planète dont les astronomes avaient théorisé l’existence il y a longtemps », ajoute le professeur.

Une nouvelle exoplanète dans le système

C’est le télescope spatial Kepler, qui en 2014, a permis de détecter les trois planètes en orbite autour de Kepler-138, une étoile naine rouge. Björn Benneke et sa collègue Diana Dragomir, de l’Université du Nouveau-Mexique, ont effectué des recherches supplémentaires au cours des deux années suivantes pour étudier l’atmosphère de ces planètes.

« La température dans les atmosphères de Kepler-138 c et de Kepler-138 d est probablement supérieure au point d’ébullition de l’eau, et nous nous attendons à ce que l’atmosphère de ces planètes soit épaisse, dense et faite de vapeur. Ce n’est que sous cette atmosphère de vapeur qu’il pourrait y avoir de l’eau liquide à haute pression ou même de l’eau dans une autre phase qui se produit à haute pression, appelée “fluide supercritique” », a indiqué la doctorante Caroline Piaulet.

Les observations ont laissé supposer la présence d’une quatrième planète dans le système : Kepler-138 e. Avec cette découverte, les masses des planètes précédemment connues ont été une nouvelle fois mesurées. Les résultats ont permis de découvrir que Kepler-138 c et Kapler-138 d sont des planètes « jumelles ». Alors que les astronomes pensaient qu’elles étaient radicalement différentes, les données ont confirmé que les deux planètes ont pratiquement la même taille et la même masse.

Des observations de grande précision

Ces observations ont été permises en grande partie par la méthode de détection des transits. En suivant la luminosité des étoiles et en prêtant attention à leurs variations, il est possible de retracer le passage de planètes devant elles. En effet, lorsqu’une planète passe devant son étoile hôte, elle bloque une petite partie de la lumière produite par l’étoile, créant ainsi un léger assombrissement temporaire.

Kepler 138 – Smallest Gas Dwarf Exoplanet Discovered

C’est de cette manière que la période orbitale, la taille ainsi que d’autres composantes de Kepler-138 c et Kepler d ont été démontrées.

« Au fur et à mesure que nos instruments et nos techniques deviennent suffisamment sensibles pour repérer et étudier des planètes plus éloignées de leur étoile, nous pourrions commencer à trouver beaucoup plus de mondes d’eau comme Kepler-138 c et Kepler-138 d », conclu Björn Benneke.

Kepler-138, également connu sous le nom de KOI-314, est une naine rouge située dans la constellation de la Lyre, à 219 années-lumière de la Terre. Elle se trouve dans le champ de vision de la sonde spatiale Kepler, le satellite utilisé par la mission Kepler de la NASA pour détecter les planètes qui transitent devant leurs étoiles.

L’étoile abrite trois planètes confirmées et une quatrième probable, dont Kepler-138 b, l’exoplanète de masse la plus faible dont la masse et la taille ont été mesurées à ce jour, avec une masse comparable à celle de Mars. Kepler-138 d est remarquable par sa faible densité ; on pensait initialement qu’il s’agissait d’une naine gazeuse. Des observations plus récentes, à partir de 2022, montrent que cette planète, ainsi que la planète c, sont probablement des planète-océan