En février 2017, une équipe d'astronomes européens a annoncé la découverte d'un système à sept planètes en orbite autour de l'étoile voisine TRAPPIST-1. Outre le fait que les sept planètes étaient rocheuses, il y avait le bonus supplémentaire de trois d'entre elles en orbite dans la zone habitable de TRAPPIST-1. Depuis ce temps, plusieurs études ont été menées pour déterminer si l'une de ces planètes pouvait être habitable ou non.
Conformément à cet objectif, ces études ont porté sur la question de savoir si ces planètes ont ou non des atmosphères, leurs compositions et leurs intérieurs. L'une des dernières études a été menée par deux chercheurs du Cool Worlds Laboratory de l'Université de Columbia, qui ont déterminé que l'une des planètes TRAPPIST-1 (TRAPPIST-1e) a un grand noyau de fer - une découverte qui pourrait avoir des implications pour l'habitabilité de cette planète.
L'étude - intitulée «TRAPPIST-1e a un grand noyau de fer», qui a récemment été publiée en ligne - a été menée par Gabrielle Englemenn-Suissa et David Kipping, un étudiant de premier cycle et professeur adjoint d'astronomie à Columbia University, respectivement. Pour leur étude, Englemenn-Suissa et Kipping ont profité d'études récentes qui ont imposé des contraintes sur les masses et les rayons des planètes TRAPPIST-1.
Ces études et d'autres ont bénéficié du fait que TRAPPIST-1 est un système à sept planètes, ce qui le rend idéalement adapté aux études sur les exoplanètes. Comme le professeur Kipping l'a déclaré à Space Magazine par e-mail:
«C'est un merveilleux laboratoire de science exoplanétaire pour trois raisons. Premièrement, le système compte sept planètes transitoires. La profondeur des transits dicte la taille de chaque planète afin que nous puissions mesurer leur taille assez précisément. Deuxièmement, les planètes interagissent gravitationnellement les unes avec les autres, entraînant des variations dans le temps des transits et celles-ci ont été utilisées pour déduire les masses de chaque planète, encore une fois avec une précision impressionnante. Troisièmement, l'étoile est très petite étant une naine M tardive, environ un huitième de la taille du Soleil, et cela signifie que les transits apparaissent 8 ^ 2 = 64 fois plus profond qu'ils ne le feraient si l'étoile était de la taille du Soleil. Nous avons donc beaucoup de choses en notre faveur ici. »
Ensemble, Englemann-Suissa et Kipping ont utilisé des mesures de masse et de rayon des planètes TRAPPIST-1 pour déduire les fractions de rayon de noyau (CRF) minimum et maximum de chaque planète. Cela s'appuyait sur une étude qu'ils avaient précédemment menée (avec Jingjing Chen, un doctorant à l'Université de Columbia et membre du Cool Worlds Lab) dans lequel ils ont développé leur méthode pour déterminer le CRF d'une planète. Comme Kipping l'a décrit, la méthode:
«Si vous connaissez très précisément la masse et le rayon, comme le système TRAPPIST-1, vous pouvez les comparer à ceux prédits par les modèles théoriques de structure intérieure. Le problème est que ces modèles comportent généralement quatre couches possibles, un noyau de fer, un manteau de silicate, une couche d'eau et une enveloppe légère volatile (la Terre n'a que les deux premières, son atmosphère contribue négligeable à la masse et au rayon). Donc, quatre inconnues et deux quantités mesurées constituent en principe un problème non contraint et insoluble. »
Leur étude a également pris en compte les travaux antérieurs d'autres scientifiques qui ont tenté d'imposer des contraintes sur la composition chimique du système TRAPPIST-1. Dans ces études, les auteurs ont supposé que les compositions chimiques des planètes étaient liées à celle de l'étoile, qui peut être mesurée. Cependant, Englemann-Suissa et Kipping ont adopté une approche plus «agnostique» et ont simplement considéré les conditions aux limites du problème.
"Nous disons essentiellement que compte tenu de la masse et du rayon, il n'y a pas de modèles avec des noyaux plus petits que X qui peuvent éventuellement expliquer la masse et le rayon observés", a-t-il déclaré. «Le noyau peut être plus grand que X mais doit être au moins X car aucun modèle théorique ne pourrait l'expliquer autrement. Ici, X correspondrait donc à ce que l'on pourrait appeler la fraction de rayon de cœur minimum. Nous jouons ensuite le même jeu pour la limite maximale. »
Ils ont déterminé que la taille minimale du noyau de six des planètes TRAPPIST-1 était essentiellement nulle. Cela signifie que leurs compositions pourraient être expliquées sans nécessairement avoir un noyau de fer - par exemple, un manteau de silicate pur pourrait être tout ce qu'il y a. Mais dans le cas de TRAPPIST-1e, ils ont constaté que son noyau devait comprendre au moins 50% de la planète par rayon, et au plus, 78%.
Comparez cela à la Terre, où le noyau interne solide de fer et de nickel et le noyau externe liquide d'un alliage fer-nickel fondu représentent 55% du rayon de la planète. Entre la limite supérieure et inférieure du CRF de TRAPPIST-1e, ils ont conclu qu'il devait avoir un noyau dense, probablement comparable à la Terre. Cette découverte pourrait signifier que de toutes les planètes TRAPPIST-1, e est la plus «terrestre» et susceptible d'avoir une magnétosphère protectrice.
Comme l'a indiqué Kipping, cela pourrait avoir d'immenses implications en ce qui concerne la chasse aux exoplanètes habitables, et pourrait pousser TRAPPIST-1e en haut de la liste:
«Cela m'excite plus particulièrement à propos de TRAPPIST-1e. Cette planète est un peu plus petite que la Terre, se trouve juste dans la zone habitable et maintenant nous savons qu'elle a un grand noyau de fer comme la Terre. On sait également qu'il ne possède pas d'enveloppe volatile légère grâce à d'autres mesures. De plus, TRAPPIST-1 semble être une étoile plus calme que Proxima, donc je suis beaucoup plus optimiste quant à TRAPPIST-1e en tant que biosphère potentielle que Proxima b en ce moment. "
C'est certainement une bonne nouvelle à la lumière des études récentes qui ont indiqué que Proxima b n'est pas susceptible d'être habitable. Entre son étoile émettant des éruptions puissantes qui peuvent être vues à l'œil nu jusqu'à la probabilité qu'une atmosphère et de l'eau liquide ne survivent pas longtemps à sa surface, l'exoplanète la plus proche de notre système solaire n'est actuellement pas considérée comme un bon candidat pour trouver un monde habitable. ou la vie extraterrestre.
Ces dernières années, Kipping et ses collègues se sont également consacrés, ainsi que le Cool Worlds Laboratory, à l'étude d'éventuelles exoplanètes autour de Proxima Centauri. À l'aide du satellite de microvariabilité et d'oscillation d'étoiles (MOST) de l'Agence spatiale canadienne, Kipping et ses collègues ont surveillé Proxima Centauri en mai 2014 et de nouveau en mai 2015 pour rechercher des signes de planètes en transit.
Alors que la découverte de Proxima b a finalement été faite par des astronomes de l'ESO en utilisant la méthode de la vitesse radiale, cette campagne a été importante pour attirer l'attention sur la probabilité de trouver des planètes terrestres potentiellement habitables autour d'étoiles de type M (naines rouges) proches. À l'avenir, Kipping et son équipe espèrent également mener des études sur Proxima b pour déterminer s'il a une atmosphère et déterminer ce que pourrait être son CRF.
Encore une fois, il semble que l'une des nombreuses planètes rocheuses en orbite autour d'une étoile naine rouge (et qui est plus proche de la Terre) pourrait bien être un candidat de choix pour les études d'habitabilité! Les futures enquêtes, qui bénéficieront de l'introduction de télescopes de nouvelle génération (comme le Télescope spatial James Webb) en révélera sans aucun doute plus sur ce système et ses mondes potentiellement habitables.
