Découverte : à quoi ressemble Proxima Centauri b

COMMUNIQUÉ DE PRESSE
mercredi 5 octobre 2016
Découverte : à quoi ressemble
Proxima Centauri b ?
Une planète de faible masse a récemment été détectée autour de Proxima du
Centaure, l’étoile la plus proche de notre Soleil. Cette planète se trouve sur une orbite
qui permettrait à une planète comme la Terre d’avoir de l’eau liquide à sa surface,
soulevant ainsi la question de son habitabilité. Dans une étude à paraitre dans The
Astrophysical Journal Letters, une équipe internationale dirigée par des chercheurs
d'Aix-Marseille Université vient de déterminer les valeurs du rayon et les propriétés
de surface de la planète Proxima b qui favoriseraient son habitabilité. Ils montrent
ainsi que Proxima b pourrait présenter une composition proche de celle de Mercure,
avec un noyau métallique totalisant deux tiers de la masse de la planète, et une
surface majoritairement rocheuse. Les incertitudes associées à la masse de Proxima
b suggèrent également des solutions montrant que cette planète pourrait être de
type « planète océan » et receler un océan global avec une fraction d’eau analogue
à certaines lunes glacées autour de Jupiter ou Saturne. Ces résultats serviront de
base aux futures études visant à déterminer l’habitabilité de Proxima b, bien avant
l’exploration possible de ce système voisin.
Proxima du Centaure, l'étoile la plus proche du soleil, abrite un système planétaire composé
d'au moins une planète. C'est en analysant et complétant d'anciennes observations qu'une
telle découverte a récemment été faite, marquant ainsi le domaine de la recherche
d'exoplanètes. Ces nouvelles mesures ont montré que cette planète, nommée Proxima
Centauri b – ou plus simplement Proxima b –, possède une masse proche de celle de la Terre
(1,3 fois cette dernière) et orbite autour de son étoile à une distance de 0,05 unités
astronomiques (soit un dixième de la distance Soleil-Mercure). Contrairement à ce que l'on
pourrait penser, une distance aussi faible n'implique pas une température élevée à la surface
de Proxima b. Comme Proxima du Centaure est une naine rouge, sa masse et son rayon ne
correspondent qu'à un dixième de ceux du Soleil, et sa luminosité est mille fois plus faible que
notre étoile. A une telle distance, Proxima b se trouve donc dans la zone habitable de son
étoile. Elle est susceptible d'abriter de l'eau liquide à sa surface et donc d'abriter des formes
de vie.
Cependant on sait très peu de choses sur Proxima b, en particulier son rayon demeure inconnu.
Il est donc impossible de savoir à quoi ressemble la planète, ni de quoi elle est composée. La
mesure du rayon d'une exoplanète s'effectue normalement lors d'un transit, où cette dernière
éclipse son étoile. Mais un tel événement a une faible probabilité (1,5%), et plusieurs
observations de l'étoile ne montrent en effet aucun signe de transit.
Il existe un autre moyen pour estimer le rayon d'une planète si l'on connaît sa masse, en
simulant le comportement des matériaux qui la composent. C'est la méthode utilisée par une
équipe de chercheurs Franco-Américaine issue du Laboratoire d'Astrophysique de Marseille
(CNRS/Aix-Marseille Université) et du Département d’Astronomie de l’Université de Cornell.
Avec l'aide d'un modèle de structure interne, ils ont exploré les différentes compositions que
Proxima b pourrait présenter et en ont déduit les valeurs correspondantes du rayon de la
planète. Ils ont restreint leur étude au cas de planètes potentiellement habitables en simulant
des planètes denses et solides, formées d'un noyau métallique et un manteau rocheux comme
dans les planètes telluriques du système solaire, tout en autorisant l'incorporation d'une
importante masse d'eau dans leur composition.
Ces hypothèses autorisent une grande diversité de compositions pour Proxima b, le rayon de
la planète pouvant varier entre 0,94 et 1,40 fois le rayon de la Terre (6371 km). L’étude
montre ainsi que Proxima b possède un rayon minimum de 5990 km, et que la seule manière
d'obtenir cette valeur est d'avoir une planète très dense, composée d'un noyau métallique

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d’une masse valant 65% de celle de la planète, le reste étant un manteau rocheux (formé de
silicates) présent jusqu'en surface. La frontière entre ces deux matériaux est alors située à
environ 1500 km de profondeur. Avec une telle composition, Proxima b serait très proche de
la planète Mercure, qui présente elle aussi un noyau métallique très massif. Ce premier cas
n'exclut cependant pas la présence d'eau à la surface de la planète, comme sur Terre où la
masse d'eau ne dépasse pas 0,05% de la masse de la planète. A l'opposé, Proxima b peut
aussi présenter un rayon maximal de 8920 km, à condition qu'elle soit composée à 50% de
roches entourées de 50% d'eau. Dans ce cas, Proxima b serait recouverte d'un unique océan
liquide de 200 km de profondeur. En-dessous, la pression serait tellement forte que l'eau
liquide se transformerait en glace à haute pression, avant d'atteindre la limite avec le manteau
à 3100 km de profondeur. Dans ces deux cas extrêmes, une fine atmosphère gazeuse pourrait
englober la planète, comme sur Terre, rendant Proxima b potentiellement habitable.
De tels résultats apportent des informations complémentaires importantes aux différents
scénarios de formation qui ont été proposés pour Proxima b. Certains impliquent une planète
complètement sèche, tandis que d'autres autorisent la présence d'une quantité significative
d'eau dans sa composition. Les travaux de l'équipe de chercheurs permettent d'avoir une
estimation du rayon de la planète dans chacun de ces scénarios. De même, cela permet de
restreindre la quantité d'eau disponible sur Proxima b, qui est sujette à une évaporation sous
l'influence des rayons ultraviolets et X de l'étoile hôte, qui sont beaucoup plus violents que
ceux issus du Soleil.
De futures observations de Proxima du Centaure permettront d'affiner cette étude à l’avenir.
En particulier, la mesure des abondances stellaires en éléments lourds (Mg, Fe, Si…) diminuera
le nombre de compositions possibles pour Proxima b, permettant une détermination encore
plus précise du rayon de Proxima b.
BIBLIOGRAPHIE
Possible internal structures and composition of Proxima Centauri b, Bastien Brugger, Olivier
Mousis, Magali Deleuil & Jonathan I. Lunine. The Astrophysical Journal Letters, sous presse.
A terrestrial planet candidate in a temperate orbit around Proxima Centauri, Guillem Anglada-
Escudé, Pedro J. Amado, John Barnes, et al. Nature, 25 août 2016. DOI: 10.1038/nature19106.
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Figure 1 – Diagramme masse-rayon comparant les positions de plusieurs exoplanètes connues à celles
de planètes du système solaire. Les courbes correspondent à certaines compositions spécifiques
utilisées dans le modèle de structure interne. La zone d’existence de Proxima b est dessinée en gris et
prend en compte l’incertitude sur sa masse et ses différentes compositions possibles.
Figure 2 – Comparaison des deux cas extrêmes obtenus pour Proxima b avec la Terre. Ce schéma
montre la structure interne de chaque planète. De gauche à droite : Proxima b avec le plus petit rayon
atteignable (65% de noyau métallique, entouré d’un manteau rocheux séparé en deux phases), la Terre
(idem avec 32,5% de noyau), et Proxima b avec le plus grand rayon autorisé (50% de manteau rocheux
entouré d’une couche d’eau sous forme solide puis liquide).