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La superterre 55 Cancri e repérée en infrarouge par Spitzer.


En détectant la lumière d'une exoplanète, le télescope spatial Spitzer a réussi un bel exploit, qui est presque une première. Sur la superterre 55 Cancri e, une étrange planète, deux fois plus grande que la nôtre, avec un cœur rocheux et un océan qui n'en est pas tout à fait un, il fait chaud : près de 2.000°.

Le système planétaire 55 Cancri, à 41 années-lumière de la Terre (autant dire que c'est un voisin), est un beau sujet d'observation pour les astronomes, qui y voient deux étoiles, 55 Cancri A, une naine jaune, et 55 Cancri B, une naine rouge. Cinq planètes ont été repérées autour de la naine jaune, dont trois géantes gazeuses comparables à Jupiter. La plus petite, 55 Cancri e (e parce que c'est la quatrième dans l'ordre des découvertes, a désignant l'étoile), a été repérée en 2004 par la méthode du transit planétaire. C'est aussi la plus proche de l'étoile, bouclant son orbite en 17 heures et 40 minutes. Elle est 25 fois plus près de son étoile que Mercure l'est du Soleil. Les forces de marée sont telles que la planète doit présenter toujours la même face à son étoile, comme le fait Mercure (et la Lune avec la Terre).

Sa masse – 7,8 fois celle de la Terre – est celle de Neptune alors que son diamètre est de 2,2 fois celui de notre planète. 55 Cancri e est donc bien plus dense qu'une gazeuse mais moins qu'une planète tellurique, comme notre Terre, ou, tout près de nous, Mars, Vénus et Mercure. Elle doit donc être ce que l'on appelle une "superterre", comme il en existe vraisemblablement des milliards dans la seule Voie lactée (notre galaxie), ainsi que nous l'expliquait l'astrophysicien Xavier Delfosse.

Une vue d'artiste de l'étrange planète 55 Cancri e, deux fois plus grande que la Terre et peut-être recouverte par une sorte d'océan d'eau à l'état supercritique.

Une vue d'artiste de l'étrange planète 55 Cancri e, deux fois plus grande que la Terre et peut-être recouverte par une sorte d'océan d'eau à l'état supercritique. L'une de ses faces est perpétuellement tournée vers l'étoile, une naine jaune. Cette représentation est hautement hypothétique, l'image au bas de l'article montre ce que les astronomes ont observé grâce au télescope spatial Spitzer (cliquez sur l'image pour l'agrandir).


La lumière de 55 Cancri e captée par Spitzer

Avec sa densité inférieure à celle des planètes telluriques, Cancri e doit cependant être très différente. Et d'imaginer que quelque chose de fluide entoure un cœur rocheux. Il ne peut s'agir d'hélium ni d'hydrogène, des gaz trop légers pour être retenus en telle quantité par cette modeste planète. Voilà donc l'idée d'un océan d'eau, mais la température, alors estimée par la proximité de l'étoile, devrait atteindre au moins 1.700 °C… Sur 55 Cancri e, cette eau, à cause de la pression, pourrait être en état supercritique, quelque chose entre un liquide et un gaz (pour en obtenir sur Terre, chauffer de l'eau à 374 °C et monter la pression à 221 bars). Pas de quoi imaginer des poissons.

C'est vers elle que le télescope spatial Spitzer a été pointé. Lancé en 2003, il observe dans les grandes longueurs d'onde, peu énergétiques. En 2005, Spitzer détectait ainsi la lumière – infrarouge – émise par une exoplanète, une Jupiter chaude (HD 209458b, une exoplanète très étudiée depuis et l'on a découvert des molécules organiques). Il ne la voyait pas directement mais en quelque sorte par soustraction, en comparant la lumière infrarouge reçue de l'étoile lorsque la planète est devant et lorsqu'elle est derrière, et donc cachée. La différence est la lumière émise par la planète dans le domaine infrarouge du fait de sa température. Par la suite, d'autres observations ont permis d'analyser la lumière d'exoplanètes. Mais il s'agissait toujours de géantes gazeuses...

Depuis le 15 mai 2009, le système de refroidissement de Spitzer, qui descendait la température à quelques kelvins, a perdu son hélium et le télescope est entré dans sa "période chaude", n'observant que des longueurs d'onde plus courtes, tout de même toujours dans l'infrarouge. Les méthodes d'utilisation ont elles-mêmes été modifiées et les performances sont restées suffisantes pour que Spitzer continue le travail.

La même méthode soustractive a détecté la lumière de 55 Cancri e. Cette émission a permis de préciser la température de surface, qui est bien celle que l'on avait déduit : environ 2.000 kelvins (soit à peu près 1.700 °C). Les données sont compatibles avec l'hypothèse d'une planète recouverte par de l'eau à l'état supercritique.

Comme nous le rappelle cette belle observation, "l'exogéologie", c'est-à-dire la géologie des exoplanètes, nous réserve sans doute d'énormes surprises…

Voilà l'observation transmise par le télescope spatial Spitzer et qu'ont analysée les équipes du JPL, du CalTech et du MIT.

Voilà l'observation transmise par le télescope spatial Spitzer et qu'ont analysée les équipes du JPL, du CalTech et du MIT. L'instrument a mesuré la lumière de l'étoile durant une orbite de la planète 55 Cancri e. La mesure est effectuée dans une étroite bande autour d'une longueur d'onde de 4,5 microns, c'est-à-dire le début de l'infrarouge lointain. On voit la luminosité décroître et se stabiliser : à ce moment, la planète passe derrière l'étoile (par rapport à nous), elle est cachée et sa lumière ne nous parvient plus. La luminosité revient ensuite à l'état initial quand la planète réapparaît. La lumière reçue est alors celle de l'étoile plus celle de la planète. La méthode est en somme une variante de celle du transit qui sert à détecter la présence d'une planète. Mais dans ce cas, on observe sur une large gamme de longueur d'onde et c'est la luminosité globale de l'étoile que l'on voit diminuer quand la planète passe, cette fois, devant l'étoile.


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