K2-18 b

K2-18 b, également connu sous le nom de EPIC 201912552 b, est une exoplanète en orbite autour de la naine rouge K2-18, située à environ 124 années-lumière (38 pc) de la Terre[1]. La planète, initialement découverte par l'observatoire spatial Kepler, représente environ huit fois la masse de la Terre et est donc classée comme une super-Terre ou, plus vraisemblablement, une mini-Neptune. Elle a une orbite de 33 jours dans la zone habitable de l'étoile, mais il est peu probable qu'elle soit habitable.

K2-18 b

Vue d'artiste de K2-18 b (droite).
Étoile
Nom K2-18
Constellation Lion
Ascension droite 11h 30m 14,5176249117s
Déclinaison 7° 35′ 18,257210626″

Localisation dans la constellation : Lion

Caractéristiques orbitales
Caractéristiques physiques
Masse (m) 8,63 ± 1,35 M⊕
Découverte
Méthode Transit
Date 2015
Statut

En 2019, deux études indépendantes combinant des données du télescope spatial Kepler, du télescope spatial Spitzer et du télescope spatial Hubble, ont conclu à la présence de quantités importantes de vapeur d'eau dans son atmosphère, une première pour une planète de la zone habitable[2],[3],[4].

Découverte

K2-18 b a été identifiée dans le cadre du programme de l'observatoire spatial Kepler, l'une des plus de 1200 exoplanètes découvertes lors de la mission K2 "Second Light"[4]. La découverte de K2-18b a été faite en 2015, en orbite autour d'une étoile naine rouge (maintenant connue sous le nom de K2-18) avec un type spectral stellaire de M2.8 situé à environ 124 années-lumière de la Terre. La planète a été détectée à travers des variations de la courbe de lumière de l'étoile provoquées par le passage de la planète devant l'étoile vue de la Terre[1],[5]. Le contraste relativement faible prévu entre la planète et son étoile hôte faciliterait l'observation de l'atmosphère de K2-18b à l'avenir[5].

En 2017, les données du télescope spatial Spitzer ont confirmé que K2-18b évoluait dans la zone habitable autour de K2-18 avec une période de 33 jours, suffisamment courte pour permettre l'observation de multiples cycles orbitaux de la planète. Cela a suscité un intérêt généralisé pour l'observation continue de K2-18b[6].

Des études menées en 2018 utilisant les instruments HARPS et de CARMENES ont également identifié une deuxième exoplanète probable, K2-18 c, avec une masse estimée à 5,62 ± 0,84 M⊕ sur une orbite plus serrée de neuf jours[1], mais cette planète supplémentaire n’a pas encore été confirmée et pourrait bien être un vestige de l’activité stellaire[7].

Nomenclature

La planète a été désignée K2-18 b car il s'agissait du deuxième corps découvert dans le dix-huitième système avec des planètes confirmées découvertes lors de la mission K2 du télescope spatial Kepler.

Localisation

Les coordonnées de K2-18 dans le système de référence céleste international sont les suivantes :
Ascension droite : 11h 30m 14,518s ; déclinaison : + 07° 35' 18.257″. Le système se trouve dans la constellation du Lion, mais en dehors de son astérisme de lion[8].

Lors de sa première découverte, la distance de K2-18 à la Terre était estimée à 110 années-lumière (soit 1,04×1015 km)[5]. Cependant, des données plus précises issues du projet de cartographie d'étoiles Gaia ont montré que K2-18 se trouvait à une distance de 124,02 ± 0,26 années-lumière. Cette mesure améliorée de la distance a permis d'affiner les propriétés du système exoplanétaire[1].

Caractéristiques physiques

K2-18 b est en orbite à environ 21,38 millions de km (comparé à 150 millions pour la Terre) autour de K2-18, son étoile ; chiffre qui se situe dans la zone habitable calculée pour les naines rouges, comprise entre 18 et 37 millions de kilomètres[4]. L’exoplanète a une période orbitale d’environ 33 jours[9], ce qui donne à penser qu’elle est gravitationnellement verrouillée, c’est-à-dire qu’elle affiche toujours la même face vers son étoile hôte[10]. La température d'équilibre de la planète est estimée à environ 265 ± 5 K (−8 ± 5 °C)[1], en raison de son éclairement énergétique stellaire d'environ 94% de celui de la Terre[11]. On estime que K2-18b a un rayon de 2,71 ± 0,07 R⊕ et une masse de 8,63 ± 1,35 M⊕, sur la base d'une analyse effectuée à l'aide des instruments HARPS et CARMENES[1]. Alors qu'elle était initialement considérée comme un mini-Neptune lors de sa découverte en 2015[5], les données améliorées acquises sur K2-18b l'ont classifiée comme une super-Terre[6], bien que sa taille et sa densité rendent peu probable sa composition entièrement rocheuse de fer et silicates ; il est cependant plus probable qu'elle soit composée d'hydrogène, d'hélium et d'eau glacée[12]. Une comparaison de la taille de K2-18b, de son orbite et d'autres caractéristiques par rapport à d'autres exoplanètes détectées suggère que la planète pourrait supporter une atmosphère contenant des gaz supplémentaires en plus de l'hydrogène et de l'hélium[13].

Animation artistique du système stellaire de K2-18.
Schéma du système planétaire K2-18, montrant les orbites de K2-18b et du candidat non confirmé K2-18c, ainsi que la zone habitable de l'étoile.

Atmosphère

Vapeur d'eau

D'autres études utilisant le télescope spatial Hubble ont été réalisées, corroborant les résultats des observations de Kepler et de Spitzer et permettant des mesures supplémentaires sur l'atmosphère de la planète. Deux analyses distinctes des données de Hubble ont été publiées en 2019, sous la direction de chercheurs de l'Université de Montréal et du University College London (UCL). Ils ont tous deux examiné les spectres de la lumière des étoiles traversant l'atmosphère de la planète lors des transits, et ont trouvé que K2-18b avait une atmosphère d'hydrogène-hélium avec une concentration élevée de vapeur d'eau, pouvant aller de 20% à 50%, en fonction des autres espèces gazeuses présentes dans l’atmosphère.

Aux niveaux de concentrations supérieures, la vapeur d'eau serait suffisamment élevée pour former des nuages[2],[3],[14]. L'étude menée par l'UCL a été publiée le dans la revue Nature Astronomy ; cette étude, menée par l'Université de Montréal, qui n'a pas encore été évaluée par des pairs, a été publiée un jour plus tôt sur le serveur de pré-impression arXiv.org[10]. L'analyse menée par l'UCL a détecté une eau présentant une signification statistique de 3,6 écarts types, ce qui correspond à un niveau de confiance de 99,97%[3]. Il s'agissait de la première exoplanète de type super-Terre découverte dans la zone habitable d'une étoile dont l'atmosphère avait été détectée[3], ainsi que de la première découverte d'eau dans une exoplanète de zone habitable[2].
De l'eau avait déjà été détectée dans les exoplanètes des zones non habitables telles que HD 209458 b, XO-1 b, WASP-12 b, WASP-17 b et WASP-19 b[14],[12],[15]. Les astronomes ont souligné que la découverte d'eau dans l'atmosphère de K2-18 b ne signifie pas que la planète peut supporter la vie, voire qu'elle est habitable, car il lui manque probablement une surface solide ou une atmosphère pouvant soutenir la vie. Néanmoins, trouver de l'eau dans une exoplanète de zone habitable aide à comprendre comment se forment les planètes[16].

On s'attend maintenant à ce que K2-18 b soit observée avec le télescope spatial James Webb, qui devrait être lancé en 2021, et le télescope spatial ARIEL, qui devrait être lancé en 2028. Ils porteront des instruments plus performants que ceux de Hubble pour déterminer la composition des atmosphères d'exoplanètes[11].

Notes et références
  1. (en) A. Wünsche, S. Udry, N. C. Santos et F. Pepe, « Confirmation of the radial velocity super-Earth K2-18c with HARPS and CARMENES », Astronomy and Astrophysics, vol. 621,‎ (DOI 10.1051/0004-6361/201833995, arXiv 1810.04731, lire en ligne, consulté le )
  2. (en) « Water found on a potentially life-friendly alien planet », sur Science & Innovation, (consulté le )
  3. « K2-18b », sur nature.com (consulté le )
  4. Karen Northon, « Kepler Mission Announces Largest Planet Collection Ever Discovered », sur NASA, (consulté le )
  5. (en) Andrew W. Mann, Allyson Bieryla, David W. Latham et Brendan P. Bowler, « Stellar and Planetary Properties of K2 Campaign 1 Candidates and Validation of 17 Planets, Including a Planet Receiving Earth-like Insolation », The Astrophysical Journal,‎ (DOI 10.1088/0004-637X/809/1/25, lire en ligne, consulté le )
  6. « NASA/ADS », sur ui.adsabs.harvard.edu (consulté le )
  7. (en) David Montes, Christopher Marvin, Ralf Launhardt et Andreas Quirrenbach, « The CARMENES search for exoplanets around M dwarfs: A low-mass planet in the temperate zone of the nearby K2-18 », The Astronomical Journal,‎ (DOI 10.3847/1538-3881/aac108, lire en ligne, consulté le )
  8. « k2-18 », sur sim-id (consulté le )
  9. « NASA/ADS », sur ui.adsabs.harvard.edu (consulté le )
  10. (en) Mike Wall 2019-09-11T17:43:05Z Search for Life, « The Water Vapor Find on 'Habitable' Exoplanet K2-18 b Is Exciting — But It's No Earth Twin », sur Space.com (consulté le )
  11. (en) Rachel L. Akeson, David R. Ciardi, Evan Sinukoff et Andrew W. Howard, « Spitzer Observations Confirm and Rescue the Habitable-Zone Super-Earth K2-18b for Future Characterization », The American Astronomical,‎ (DOI 10.3847/1538-4357/834/2/187, lire en ligne, consulté le )
  12. (en) Leslie A. Rogers, « Most 1.6 Earth-Radius Planets are not Rocky », The American Astronomical,‎ (DOI 10.1088/0004-637X/801/1/41, lire en ligne, consulté le )
  13. (en) A. Wünsche, S. Udry, N. C. Santos et J. Rowe, « Characterization of the K2-18 multi-planetary system with HARPS - A habitable zone super-Earth and discovery of a second, warm super-Earth on a non-coplanar orbit », Astronomy & Astrophysics, vol. 608,‎ , A35 (ISSN 0004-6361 et 1432-0746, DOI 10.1051/0004-6361/201731558, lire en ligne, consulté le )
  14. « first-known-exoplanet-rain-clouds-water-droplets », sur sciencenews.org (consulté le )
  15. (en) Drake Deming, Adam Burrows, Nikku Madhusudhan et Evan Sinukoff, « Exoplanet Transit Spectroscopy Using WFC3: WASP-12 b, WASP-17 b, and WASP-19 b », The American Astronomical,‎ (DOI 10.1088/0004-637X/779/2/128, lire en ligne, consulté le )
  16. « news/science-environment », sur www.bbc.com (consulté le )

Voir aussi

Articles connexes

Liens externes
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