Les exoplanètes rocheuses sont plus étranges qu’on ne le pensait

Des débris rocheux, morceaux d’une ancienne planète rocheuse qui s’est écrasée, roulent vers l’intérieur vers une naine blanche dans cette illustration. En étudiant les atmosphères de naines blanches « contaminées » par de tels débris, un astronome du NOIRLab et un géologue ont identifié d’étranges types de roches qui n’existent pas dans notre système solaire. Les résultats suggèrent que les exoplanètes rocheuses à proximité doivent être encore plus exotiques et diversifiées qu’on ne le pensait auparavant. Crédit : NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva, Traitement d’images : M. Zamani et M. Kosari (NSF’s NOIRLab)

Une nouvelle étude en astronomie suggère que la plupart des exoplanètes rocheuses proches ne ressemblent à rien de notre système solaire.

Un astronome du NOIRLab de la NSF s’est associé à un géologue de la California State University, Fresno, pour faire les premières estimations des types de roches trouvées sur les planètes en orbite autour d’étoiles proches. Après avoir étudié la composition chimique des naines blanches « polluées », ils concluent que la plupart des planètes rocheuses en orbite autour d’étoiles proches sont plus diversifiées et exotiques qu’on ne le pensait auparavant, avec des types de roches que l’on ne trouve nulle part dans notre système solaire.

Les astronomes ont découvert des milliers de planètes en orbite autour d’étoiles dans notre galaxie – connues sous le nom d’exoplanètes. Cependant, il est difficile de savoir exactement de quoi ces planètes sont faites, ou si l’une d’entre elles ressemble à la Terre. Dans un effort pour le découvrir, l’astronome Siyi Xu du NOIRLab de la NSF s’est associé au géologue Keith Buterka de la California State University à Fresno pour étudier l’atmosphère de ce que l’on appelle les naines blanches polluantes. Ce sont les noyaux denses et effondrés d’étoiles normales comme le Soleil qui contiennent des matériaux étranges provenant de planètes, d’astéroïdes ou d’autres corps rocheux qui ont orbité l’étoile mais sont finalement tombés dans nain blanc et « polluer » son atmosphère. En recherchant des éléments qui ne peuvent pas être trouvés naturellement dans l’atmosphère de la naine blanche (autre que l’hydrogène et l’hélium), les scientifiques peuvent découvrir de quoi étaient faits les corps planétaires rocheux qui sont tombés dans l’étoile.

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Selon de nouvelles recherches menées par l’astronome et géologue de NOIRLab, les exoplanètes rocheuses sont encore plus étranges qu’on ne le pensait auparavant. En étudiant l’atmosphère des restes d’étoiles appelées naines blanches, le couple a découvert des types de roches introuvables dans notre système solaire. Chaque naine blanche est « contaminée » par des matériaux provenant de corps rocheux qui l’entouraient à l’origine mais qui sont tombés dans la naine blanche et ont propagé ses éléments dans son atmosphère. Certaines structures rocheuses sont si rares que les scientifiques ont dû créer de nouveaux noms pour classer les types de roches qui constituaient ces anciennes planètes.

Buterka et Shaw ont examiné 23 naines blanches contaminées, toutes situées à moins de 650 années-lumière du soleil, car le calcium, le silicium, le magnésium et le fer ont été mesurés avec précision à l’aide de l’observatoire WM Keck à Hawaï, du télescope spatial Hubble et d’autres observatoires. Ensuite, les scientifiques ont utilisé des quantités mesurées de ces éléments pour reconstruire les minéraux et les roches qu’ils pourraient former. Ils ont découvert que ces naines blanches ont une gamme de compositions beaucoup plus large que n’importe laquelle des planètes intérieures de notre système solaire, ce qui indique que leurs planètes ont une variété de types de roches. En fait, certaines des compositions sont si inhabituelles que Butyrka et Shaw ont dû créer de nouveaux noms (tels que « pyroxenite quartz » et « Periclase donets ») pour classer les nouveaux types de roches qui devaient exister sur ces planètes.[1]

« Alors que certaines exoplanètes en orbite autour de naines blanches polluées ressemblent à la Terre, la plupart ont des types de roches qui sont étrangères à notre système solaire », a déclaré Shaw. « Ils n’ont pas d’homologues directs dans le système solaire. »

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Buterka décrit ce que ces nouveaux types de roches pourraient signifier pour les mondes rocheux auxquels ils appartiennent. « Certains types de roches que nous voyons dans les données des naines blanches dissoudront plus d’eau que les roches sur Terre et pourraient affecter le développement des océans », a-t-il expliqué. « Certains types de roches peuvent fondre à des températures beaucoup plus basses et produire une croûte plus épaisse que la roche terrestre, et certains types de roches peuvent être plus faibles, ce qui peut faciliter l’évolution de la tectonique des plaques. »

Des études antérieures sur des naines blanches contaminées ont trouvé des éléments provenant de corps rocheux, notamment du calcium, de l’aluminium et du lithium. Cependant, Buterka et Shaw ont expliqué qu’il s’agit d’éléments mineurs (qui constituent généralement une petite partie de la roche terrestre) et que les mesures des éléments majeurs (qui constituent une grande partie de la roche terrestre), en particulier le silicium, sont nécessaires pour connaître la vérité. Quel genre de roches y avait-il sur ces planètes.

De plus, Butyrka et Shaw ont rapporté que les niveaux élevés de magnésium et les faibles niveaux de silicium mesurés dans l’atmosphère des naines blanches indiquent que les débris rocheux détectés provenaient probablement des parties intérieures des planètes – du manteau plutôt que de leur croûte. Certaines études antérieures sur des naines blanches contaminées ont signalé des signes de croûte continentale sur des planètes rocheuses en orbite autour de ces étoiles, mais Butyrka et Shaw n’ont trouvé aucune preuve de roche crustale. Cependant, les observations n’excluent pas complètement que les planètes aient une croûte continentale ou d’autres types de croûte. « Nous pensons que si des roches crustales sont présentes, nous ne pouvons pas les voir, peut-être parce qu’elles se produisent à une très petite fraction par rapport à la masse d’autres composants planétaires, tels que le noyau et le manteau, qui doivent être mesurés », a déclaré Buterka. déclaré.

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Selon Xu, l’association d’un astronome et d’un géologue a été la clé pour percer les secrets cachés dans l’atmosphère polluée de la naine blanche. « J’ai rencontré Keith Buterka lors d’une conférence et j’étais ravi qu’il puisse m’aider à comprendre les systèmes que j’observais. Il m’a appris la géologie, m’a appris l’astronomie et a découvert comment comprendre ces mystérieux systèmes d’exoplanètes. »

Les résultats de la paire ont été publiés dans le numéro du 2 novembre 2021 de Connexions naturelles.

Remarques

  1. Les méthodes de classification des roches « ordinaires » ou actuelles sont basées sur le fait que l’olivine et l’orthopyroxène sont les minéraux prédominants du manteau terrestre (et des manteaux d’autres planètes rocheuses de notre système solaire). Cependant, pour de nombreuses exoplanètes, l’olivine peut être absente et le quartz présent, ou l’orthopyroxène peut être absent et la périclase présente, et ainsi une nouvelle nomenclature taxonomique a été développée. Les nouvelles classifications du type de roche proposées par Buterka et Shaw comprennent : le « quartz pyroxène », qui contient plus de 10 % chacun d’orthopyroxène, de clinoproxène et de quartz ; « Orthoproxénite quartz », contenant plus de 10 % d’orthopyroxène et de quartz et moins de 10 % de clinoproxène ; « Priclase Donut », contenant plus de 10 % chacun de priclase et d’olivine, et moins de 10 % de clinopyroxène ; « Pricklase whirlet », qui contient plus de 10 % chacun de périclase, d’olivine et de clinoproxène ; et « Periclase clinoproxenate », qui contient moins de 10 % d’oléfine et plus de 10 % chacun de pyricylase et de clinoproxène.

Référence : « Des naines blanches contaminées révèlent des espèces de roches exotiques sur des exoplanètes de notre région solaire » par Keith de Buterca et Si Shu, 2 novembre 2021, Connexions naturelles.
DOI : 10.1038 / s41467-021-26403-8

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