CHEOPS révèle une exoplanète en forme de ballon de rugby

La vie en bord de mer est rythmée par les marées. À marée basse, les bateaux restent sur la terre ferme ; à marée haute, le chemin vers la mer leur est à nouveau ouvert. Sur Terre, ces phénomènes sont principalement générés par la lune. Sa force gravitationnelle provoque une accumulation d’eau dans la région océanique située en dessous, qui manque ensuite dans les régions environnantes et explique ainsi la marée basse. Bien que cette déformation de l’océan provoque des différences de niveau frappantes en de nombreux endroits, elle est à peine visible depuis l’espace.

Il en va autrement sur la planète WASP-103b, où les marées sont extrêmes. En cause, la proximité de la planète avec son étoile. La planète ne met qu’un jour à tourner autour de celle-ci ; elle est soumise à des forces de marée si intenses qu’elle est déformée jusqu’à prendre l’apparence d’un ballon de rugby. C’est ce que montre une nouvelle étude impliquant des chercheurs/ses des universités de Berne et de Genève ainsi que du Pôle de recherche national (PRN) PlanetS. Cette découverte a été rendue possible grâce aux observations du télescope spatial CHEOPS, mission conjointe de l’Agence spatiale européenne (ESA) et de la Suisse, dirigée par l’UNIBE en collaboration avec l’UNIGE.

Une mesure révolutionnaire

La planète WASP-103b est située dans la constellation d’Hercule. Elle fait presque deux fois la taille de Jupiter, la plus grosse planète géante de notre Système solaire, et représente une fois et demie sa masse. Elle est environ 50 fois plus proche de son étoile que la Terre ne l’est du Soleil. «En raison de sa grande proximité avec son étoile, nous avions déjà soupçonné que de très grandes marées étaient provoquées sur la planète. Mais nous n’avions pas encore pu le vérifier», explique Yann Alibert, co-auteur de l’étude, professeur d’astrophysique à l’Université de Berne et membre du PRN PlanetS.
Les télescopes spatiaux Hubble et Spitzer avaient déjà observé la planète par le passé. Toutefois, c’est la haute précision de CHEOPS qui a permis aux scientifiques de mesurer le minuscule signal de la déformation de la planète due aux marées, à plus de 2’800 années-lumière de distance. Ce faisant, ils et elles ont profité du fait que la planète atténue légèrement la lumière de l’étoile chaque fois qu’elle passe devant elle. «Après avoir observé plusieurs de ces «transits», nous avons pu mesurer la déformation. C’est incroyable que nous ayons pu le faire – c’est la première fois qu’une telle analyse se révèle possible», s’enthousiasme Babatunde Akinsanmi, chercheur au Département d’astronomie de la Faculté des sciences de l’UNIGE et co-auteur de l’étude.

Une planète gonflée

Les résultats de l’équipe de recherche permettent non seulement de tirer des conclusions sur la forme de la planète, mais aussi sur sa composition. En effet, l’équipe a également pu dériver un paramètre appelé «nombre de Love» (du nom du mathématicien britannique Augustus E. H. Love) à partir de la courbe de lumière du transit de WASP-103b. Ce paramètre indique comment la masse est répartie au sein de la planète et donne donc également des indices sur sa structure interne. «La résistance d’un matériau à la déformation dépend de sa composition», explique Babatunde Akinsanmi. «Sur Terre, nous ne pouvons voir les marées que dans les océans. La partie rocheuse ne bouge pas beaucoup. Par conséquent, en mesurant à quel point la planète est déformée, nous pouvons déterminer quelle proportion est constituée de roche, de gaz ou d’eau.»

Le nombre de Love de WASP-103b est semblable à celui de Jupiter, la plus grande géante gazeuse de notre Système solaire. Cela suggère que les structures internes de WASP-103b et de Jupiter sont similaires – même si WASP-103b est deux fois plus grande. «En principe, on s’attendrait à ce qu’une planète ayant 1.5 fois la masse de Jupiter ait à peu près la même taille. Par conséquent, WASP-103b doit être fortement gonflée en raison du chauffage par son étoile proche, et peut-être d’autres mécanismes», explique Monika Lendl, professeure au Département d’astronomie de la Faculté des sciences de l’UNIGE et co-auteure de l’étude.

Cependant, comme l’incertitude dans la mesure du nombre de Love reste assez élevée, de futures observations avec CHEOPS et le télescope spatial James Webb, lancé très récemment, seront nécessaires pour déchiffrer les détails de la déformation due aux marées et de la structure interne de WASP-103b et des exoplanètes comparables. «Cela améliorerait notre compréhension de ces fascinants «Jupiters chauds» et permettrait une meilleure comparaison entre ceux-ci et les planètes géantes de notre Système solaire», conclut Monika Lendl.