Une tentative de classifier les types d’exoplanètes -1 de 3 – l’environnement stellaire

Depuis environ 2 ans, on ne compte pas une semaine sans qu’une nouvelle exoplanète ne soit découverte, à ce jour il y a environ 726, 727, 728…(vraiment ça ressemble à ça certaines semaines) planètes confirmées. Pour encore accélérer la cadence, des amateurs enthousiastes participent également à ce mouvement de découverte en offrant leurs temps pour repérer les planètes potentielles se cachant dans les variations de luminosité de certaines étoiles. C’est une partie du projet Zooniverse. Planethunter qui permet à quiconque de repérer des planètes potentielles sur un graphique de luminosité (qui seront confirmé par la suite) et d’avoir une partie du crédit de la découverte.

Avec toutes ses nouvelles planètes, un problème de taille commence à apparaître, celui de leur classification. Comme toujours, l’espèce humaine a sous-estimé la variété et la richesse de l’univers qui l’entoure, ce qui nous émerveille encore davantage car plein de possibilités nouvelles (lire mondes) s’offrent maintenant à notre connaissance et à notre imaginaire. Le problème de cette classification, c’est qu’elle sera forcément toujours partielle, mais elle demeure essentielle pour essayer de comprendre également notre propre environnement planétaire. À l’image de notre système solaire qui comporte une multitude de mondes surprenants (Lunes, Planètes-naines et Planètes principales) la faune des exoplanètes surprend par sa variété extrême, alors que nous sommes encore qu’au début de ses découvertes.

Un des site spécialisé proposant des pistes de recherche et des concepts les plus prometteurs est celui du The Planetary Habitability Laboratory (PHL) qui propose un catalogue de planètes habitable dans le  Habitable Exoplanets Catalog (HEC).

Tableau périodique des exoplanètes confirmées et celles détectée par Kepler en attente de confirmation.

Cette classification ne tient malheureusement pas compte de la composition inusitée de certaines exoplanètes qui peuvent en elles-même être un critère de classification. L’exemple des planètes possiblement  composées uniquement de carbone ou d’eau sont éloquents. Comme l’image ci-dessous, il y a probablement autant de types de compositions possibles de planètes qu’il y a d’éléments dans le tableau périodique des éléments. Il faut envisager également tous les cas intermédiaires comme par exemple Mercure qui pourrait être considérée comme faisant partie du type à moitié silicate et à moitié fer vu la grosseur très importante de son noyau ferreux par rapport à sa taille relativement modeste surtout si on la compare à la Terre.

Un aperçu de la taille présumée de certains type de planètes selon leur composition.

Un autre aperçu de la variété potentielle de ces mondes présumés est celle même de notre propre système solaire. Les deux images suivantes présentent les lunes et les planètes-naines de notre système solaire. Leur formation, provenant toutes du même nuage originel montre à quel point la tâche de prévoir une classification des exoplanètes sera ardue, considérant que du même environnement initial origine toute ses variations, il est difficile de concevoir ce qu’un environnement stellaire différent du nôtre serait capable d’engendrer.

Une diversité surprenante est présente dans les planères-naines de notre système solaire.
La grande variété des planètes et des lunes à l’échelle.

Une ébauche de classification des exoplanètes semble devoir tenir compte de plusieurs facteurs à la fois. Je vais donc commencer par énumérer celle qui semblent les plus importantes pour déterminer l’habitabilité d’une planète et de son système solaire. Ce sera une classification sous la forme d’une additions de dénomination lié à son environnement galactique, stellaire, sa position dans son système solaire, sa taille, sa rotation présumée, sa température, sa composition chimique, son âge,  son indice de similarité à la Terre Earth Similarity Index (ESI), son Eiresphere présumée. Toutes ces données nous indiquerait un Potentiel d’habitabilité (PH).

L’environnement Galactique

Il semble qu’un concept étonnant est venu à la lumière de l’observation de plusieurs galaxies et aussi de la nôtre. Certaines serait plus propices à l’apparition de planètes et serait très différentes en ce qui trait à leur potentiel d’offrir un havre à la vie. Les galaxies qui sont le siège d’événements violents (collision avec des galaxies voisines, trous noirs centraux hyperactifs et autres calamités de ce genre) serait moins favorable aux maintien de conditions permettant à une étoile et son système planétaire de demeurer stable sur une période assez longue pour permettre à la vie de se maintenir. Il s’ajoute à ce critère le fait que la zone d’habitabilité galactique (GHZ) peut être également un critère influant le type de planète qui s’y retrouve. Un endroit ou beaucoup d’étoile sont devenu des naines blanches risque d’avoir plus de planètes du type Survivantes (planètes qui ont survécu ou se sont formé après que leur étoile soit devenu une Géante, naine blanche ou même près d’un pulsar.

La galaxie active Centaurus A, un endroit peu accueillant

Les types d’étoiles et leurs évolution

Type spectral (taille, composition, température et luminosité) :

Il peut sembler paradoxal de parler des étoiles pour classifier les exoplanètes, mais il n’en est rien. Le type d’étoile à une influence certaine sur le type de planètes qu’on peut s’y attendre à trouver tout comme son habitabilité. La composition de l’étoile d’abord, par la présence ou l’absence d’éléments métalliques (lire autre que de l’hydrogène) indique une plus grande probabilité de la présence de planètes de type terrestres (solide). Un autre facteur déterminant sur le potentiel d’habitabilité d’un système planétaire est la durée de vie moyenne de son étoile.  Selon sa composition d’origine et sa taille, une étoile sera capable de maintenir une réaction nucléaire pendant une période inversement proportionnelle à sa taille. Les étoile comme notre soleil (naine jaune, Type G) ont une durée de vie d’environ 10 milliards d’années avant d’épuiser leur hydrogène, enfler en brûlant de l’Hélium, deviennent des géantes rouges et cuisent leurs planètes habitables. Une naines rouge (M) pourra elle brûler pendant  plusieurs centaines de milliards d’années. Si on prends en compte le temps que la vie a eu besoin pour se développer sur Terre , une étoile stable brûlant pendant une longue période de temps son feu nucléaire semble une conditions importante au maintien d’une planète habitable et du développement de la vie.

Les types d’étoiles (de la plus petite et froide au plus grandes et chaudes)
(En ordre, le Soleil, Naine Rouge (M), Naine Rouge (K), Naine Brune fusion du Deutérieum (L), Jupiter
Les naines brunes à mi-chemin des étoiles et des planètes,  la Y étant à une température d’environ 30 degrés centigrade.

Les Étoiles simples : comme notre Soleil, selon sa température, une planète potentiellement habitable, doit être plus ou moins près de son étoile pour être dans la zone habitable, au delà d’une certaine orbite, très près de son étoile, elle peut finir par devenir «tidal locked» autrement dit, sa rotation égale son orbite et présente toujours la même face à son étoile, ce qui entraîne des différences extrêmes au niveau de la température entre les deux faces. Les étoiles dites naines rouges (type M et K, voir images ci-dessus) sont plus susceptibles d’avoir des planètes dans la zone habitable qui soit affectées par l’effet de marée et soient ainsi incapables d’avoir un jour d’une longueur raisonnable (lire une face perpétuellement cuite et l’autre glacée).

Une planête présentant la même face à son ou ses soleils pourrait avoir une zone habitable à sa surface correspondant à la transition entre sa zone froide et sa zone brulante.
Dessin représentant la Super -Terre composé principalement de roche et de glace (MOA-2007-BLG-192Lb, 3 fois la masse de la terre) orbitant une naine brune (la teinte rose est due à la présence de Sodium et de Potassium dans l’atmosphère de la naine brune).

Système d’étoiles double ou multiples : Initialement, les simulations d’orbites de planètes avec plus d’une étoile, indiquaient beaucoup d’instabilités, on doutait même de l’existence d’un tel système jusqu’à la découverte récente d’une planète. La zone habitable dans ce type de système binaire est plus différente car elle implique deux sources de chaleurs autour duquel orbitent une planète. Pour la planète en cause, la variation de la quantité de rayonnement associé à ce type de système à un impact plus ou moins grand dépendant de l’effet de serre généré par son atmosphère. S’il est important, la planète pourra être plus loin de son soleil double et ne souffrira pas trop de l’éloignement  de sa source de chaleur. C’est le concept de zone habitable étendue (EHZ – Extended Habitable Zone). À l’inverse, pour le cas ou l’effet de serre est moins important et où la planète s’approche beaucoup d’une ou des deux étoiles, la chaleur reçue en excès sera mieux évacuée dans l’espace. Cette règle s’applique également pour les système ayant seulement une étoile comme on peut le constater sur Terre, sauf que c’est nos émissions qui montent le thermostat planétaire.

La zone habitable (HZ) et la zone habitable étendue (EHZ) autour d’une étoile double (Kepler 16)
Une lune habitable autour d’une géante gazeuse

Le prochain article traitera des catégories d’exoplanètes liées à leur environnement gravitationnel.

Une tentative de classifier les types d’exoplanètes 2 de 3, l’environnement-gravitationnel

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