Image d'artiste d'une exomoon semblable à la Terre en orbite autour d'une planète géante gazeuse.
(Image: © NASA / JPL-Caltech)
L'été dernier, les scientifiques ont annoncé qu'ils avaient trouvé ce qui pourrait être la première lune à être repérée en dehors du système solaire. Mais de nouvelles recherches sur l'évolution supposée de la lune remettent en question son existence.
Si elle existe, la lune est probablement un gros objet de la taille de Neptune en orbite autour d'une planète géante à gaz encore plus grande. Mais le système difficile à manier compromet la façon dont il s'est formé, ont déclaré des chercheurs.
En juillet 2017, les scientifiques ont annoncé à contrecœur la possible découverte d'une exomoon. Une planète candidate identifiée par le télescope Kepler de la NASA a révélé des immersions déséquilibrées dans la lumière diffusée par l'étoile de la planète, suggérant la possibilité d'une lune. Après que le chasseur d'exomoon David Kipping, de l'Université Columbia à New York, ait demandé du temps sur le télescope spatial Hubble pour suivre l'activité inhabituelle, divers médias ont sondé la recherche. Cela a conduit Alex Teachey de Kipping et Columbia, le scientifique principal sur la découverte potentielle, à annoncer la possibilité de la première observation d'une exomoon.
René Heller, astrophysicien à l'Institut Max Planck en Allemagne, en a profité pour analyser indépendamment les données Kepler. En plus de révéler une gamme de tailles pour la lune potentielle, Kepler 1625 b-i, il a également exploré ses méthodes de formation possibles. [Les découvertes de la planète extraterrestre les plus intrigantes de 2017]
"Il s'avère que Kepler 1625 b-i n'est en fait pas un bon candidat pour une exomoon", a déclaré Heller à Space.com par e-mail, soulignant que l'équipe de recherche d'origine avait déclaré que les données Kepler seules étaient ambiguës. (C'est pourquoi ils ont prévu de poursuivre en utilisant le télescope spatial Hubble.) Une grande partie du problème vient du fait que l'étoile mère est si loin de la Terre qu'elle semble faible, ce qui entraîne une mauvaise qualité des données, a déclaré Heller.
"L'essentiel est que Kepler 1625 b-i est l'un des meilleurs candidats à l'exomoon jusqu'à présent, mais ce n'est toujours pas un bon candidat", a déclaré Heller.
"Un minuscule système solaire"
Dans le système solaire de la Terre, les lunes sont assez courantes; seuls Mercure et Vénus n'ont pas de satellites rocheux ou glacés. Alors que la plupart des lunes de notre système solaire sont inhospitalières à la vie telle que nous la connaissons, trois sont potentiellement habitables. L'Europa de Jupiter contient un océan liquide sous la croûte glacée de la lune. Autour de Saturne, la lune glacée Encelade abrite également un océan, tandis que Titog smoggy possède des lacs de méthane et d'éthane qui auraient pu permettre à un type de vie différent de celui de la Terre de se former. Ainsi, la seule planète habitable du système solaire (la Terre) est plus nombreuse que les lunes potentiellement habitables du système.
Cela pourrait signifier de bonnes nouvelles pour ceux qui recherchent la vie sur les lunes autour d'autres étoiles. Même si peu de planètes sont capables d'accueillir la vie telle que nous la connaissons, leurs lunes pourraient s'avérer habitables, a déclaré Heller.
"Du côté difficile, les lunes devraient être nettement plus petites et plus légères que leurs planètes", a déclaré Heller. "C'est tout simplement ce que nous apprenons des observations des lunes du système solaire."
Parce que les objets avec une masse ou un rayon plus grand sont plus faciles à trouver de loin, que ce soit des planètes ou des lunes, cela rend les satellites naturels plus difficiles à repérer, a déclaré Heller.
Lorsque Kepler chasse des planètes, il le fait en regardant la lumière provenant d'une étoile dans ce que les scientifiques appellent une courbe de lumière. (Kepler n'a pas étudié une étoile à la fois mais a examiné des milliers d'étoiles à la fois.) Lorsqu'une planète se déplace entre son étoile et la Terre, la lumière de l'étoile diminue, permettant aux chercheurs de déterminer la taille de la planète. Les chercheurs observent plusieurs passes pour déterminer combien de temps la planète met en orbite autour de son étoile.
Ce que les chercheurs originaux ont remarqué à propos d'un objet, Kepler 1625 b, était qu'il contenait une étrange immersion secondaire. Heller a utilisé l'ensemble de données accessible au public de Kepler pour étudier trois transits d'un objet de la taille de Jupiter se déplaçant à travers l'étoile, ainsi que quelques mouvements qui auraient pu être causés par une lune en orbite autour de l'objet.
"Si, et seulement si, ces ondulations supplémentaires proviennent vraiment de la lune, alors il est possible de déduire la masse et le rayon de la planète et de la lune de la dynamique du système planète-lune qui peut être dérivée de la courbe de lumière ", A déclaré Heller.
Heller a déterminé que l'objet massif pouvait être quelque chose d'une planète légèrement plus massive que Saturne à une naine brune, une quasi-étoile pas assez massive pour enflammer la fusion dans son noyau, ou même une étoile de très faible masse (VLMS) qui est un dixième de la masse du soleil. La lune proposée pourrait aller d'un satellite de gaz de masse terrestre à un compagnon de roche et d'eau sans atmosphère.
Heller a conclu qu'une exomoon de masse Neptune autour d'une planète géante ou d'une naine brune de faible masse ne correspondrait pas à la relation d'échelle de masse trouvée dans les lunes de notre système solaire. Alors que la Terre et Pluton ont toutes deux de grosses lunes par rapport à la taille des planètes, les géantes gazeuses du système solaire ont des lunes plus proches de 0,01 à 0,03% de la taille des planètes, selon le Planetary Habitability Laboratory de l'Université de Porto Rico.
Les théories précédentes prédisaient que cette relation devrait s'étendre à des mondes plus vastes, semblant exclure l'existence de l'exomoon potentielle. D'un autre côté, un mini-Neptune autour d'une naine brune de grande masse ou d'un VLMS serait plus conforme à ce ratio, a déclaré Heller. [De quoi est faite la lune?]
"Si l'objet en transit principal est une étoile de très faible masse et si son compagnon de la taille de Neptune se révèle réellement exister, alors nous verrions un minuscule système solaire en orbite autour d'une étoile semblable au soleil à environ la distance de la Terre au soleil . Ce serait quelque chose en soi! " Dit Heller.
Même sans le potentiel d'une exomoon habitable, le petit système solaire pourrait aider les scientifiques à comprendre comment les mondes se forment, a-t-il déclaré.
"Si [l'objet] principal était soit une [naine brune] ou un VLMS avec un grand compagnon, cela représenterait un pont fascinant entre la formation de la planète autour des étoiles et la formation de la lune autour des planètes géantes", a déclaré Heller.
Heller a publié ses recherches sur le serveur de préimpression arXiv.
La naissance des lunes
Avec des estimations de la lune et de la planète - ou étoile - en main, Heller a décidé d'examiner comment la lune aurait pu se former.
"Les lunes du système solaire servent de traceurs à la formation et à l'évolution de leurs planètes hôtes", a-t-il déclaré dans le nouveau journal. "On peut donc s'attendre à ce que la découverte de lunes autour des planètes extrasolaires puisse donner des perspectives fondamentalement nouvelles sur la formation et l'évolution des exoplanètes qui ne peuvent être obtenues par les seules observations d'exoplanètes."
Dans cet esprit, Heller a appliqué les trois différents modèles de formation de la lune dans le système solaire à la nouvelle exomoon potentielle.
Le premier était le modèle d'impact, qui décrit comment les scientifiques pensent que la lune terrestre s'est formée. Lorsqu'un grand corps a percuté la Terre il y a des milliards d'années, les débris sculptés sur la planète ont créé un nouveau compagnon. Selon Heller, une caractéristique particulière de ce modèle est le rapport de taille élevé des satellites aux planètes. Bien que la grande taille de la lune proposée par rapport à son hôte soit compatible avec un impact, il a exprimé sa préoccupation que la masse de la planète ou de l'étoile hôte soit bien plus élevée que celle de n'importe quelle planète du système solaire de la Terre.
Dans le deuxième modèle de formation de la lune, ils se développent à partir du gaz et de la poussière qui restent après la naissance de la planète, et c'est ainsi que la plupart des lunes des géantes gazeuses se seraient formées. Le rapport d'échelle de masse qui maintient les lunes tellement plus petites que leurs planètes est un résultat naturel de la formation de la lune se produisant dans l'environnement privé de gaz autour d'une planète achevée, a écrit Heller dans l'article. Cette même relation rend cette méthode de formation peu probable, a-t-il déclaré.
"Si le compagnon autour de Kepler 1625 b peut être confirmé et que les deux objets peuvent être validés comme des objets géants gazeux, alors il serait difficile de comprendre comment ces deux planètes gazeuses auraient pu se former par un impact géant ou une accrétion in situ à leurs orbites actuelles autour de l'étoile ", a écrit Heller.
La possibilité restante est que le monde lointain a capturé un objet de la taille de Neptune. On pense que la lune de Neptune, Triton et les deux lunes martiennes se sont formés de cette façon. L'exomoon aurait pu à l'origine se former avec un compagnon de la taille de la Terre, avant d'être éloigné de lui par la gravité de l'objet plus grand, a déclaré Heller. Il a déterminé que la capture d'un objet de masse Neptune par Kepler 1625 b est possible à l'emplacement actuel de la planète.
Pourtant, alors qu'une telle capture est possible en principe, Heller a déclaré à Space.com qu'il pense que le scénario est "très peu probable".
Et bien que les scientifiques tiennent actuellement à ces trois différents scénarios de formation de la lune pour les planètes autour du soleil de la Terre, cela ne signifie pas que les satellites naturels ne pourraient pas se former d'une autre manière, a déclaré Heller.
"Il est possible que ce système se soit formé grâce à un mécanisme que nous n'avons pas vu dans le système solaire", a déclaré Heller.
Il a suggéré une théorie alternative, similaire à celle de la formation des planètes géantes, dans laquelle les deux objets ont commencé comme un système binaire de planètes rocheuses. La paire aurait pu puiser du gaz dans le disque de matériaux restants, comme le processus par lequel les planètes géantes se forment, la future planète consommant plus de gaz que sa lune potentielle. Il a averti qu'il s'agissait de spéculations et que les deux objets pourraient ne pas être stables sur de longues périodes.
Pourtant, si l'exomoon de la taille de Neptune autour de Kepler 1625 b est réelle, le nouveau système pourrait fournir un aperçu intrigant de la formation de la lune en dehors du système solaire, a déclaré Heller.
Les données Kepler ne sont pas les seules recherches disponibles. En octobre, Teachey et Kipping ont examiné le système en utilisant Hubble. Les résultats de ces observations devraient être annoncés prochainement.
Jusque-là, cependant, les choses ne semblent pas bonnes pour l'exomoon potentielle.
"La revendication extraordinaire d'une exomoon n'est pas étayée par des preuves extraordinaires", a déclaré Heller.
