Une planète rocheuse n’a aucune raison d’être aussi lourde. GJ 523b, pourtant, accumule 23,5 fois la masse de la Terre dans un rayon à peine 2,55 fois supérieur, et refuse obstinément de ressembler à quoi que ce soit de prévu par les modèles de formation planétaire en vigueur. Cataloguée par le Wisconsin Center for Origins Research (WiCOR), cette exoplanète orbite autour de la naine de type K GJ 523 en 17,75 jours, à une température d’équilibre de 538 kelvins, et affiche une densité de 7,8 g/cm³ qui la range parmi les objets les plus compacts jamais observés dans cette gamme de taille.
Dans notre système solaire, Jupiter et Saturne ont commencé à aspirer d’immenses enveloppes d’hydrogène et d’hélium dès que leurs noyaux rocheux ont franchi le seuil d’environ 20 masses terrestres. GJ 523b dépasse allègrement cette limite… sans avoir développé la moindre atmosphère gazeuse digne de ce nom. « C’est totalement inattendu », reconnaît Max Kroft, doctorant à l’université du Wisconsin-Madison et premier auteur de l’étude soumise à The Astronomical Journal. « Les planètes aussi denses ne sont pas rares, mais ce sont d’habitude de petits mondes rocheux comparables à la Terre ou à Mercure. Celle-ci est deux fois et demie plus grande. »
L’âge du système, estimé à quelque 170 millions d’années par analyse gyrochronologique, ajoute une couche de perplexité. Un monde aussi jeune et aussi massif aurait dû, selon les scénarios classiques d’accrétion, se transformer en géante gazeuse bien avant d’atteindre sa configuration actuelle. L’équipe du WiCOR avance deux hypothèses concurrentes. La première suppose que GJ 523b a jadis possédé une atmosphère épaisse, arrachée par la proximité brûlante de son étoile hôte. La seconde, plus spectaculaire, invoque une collision titanesque entre deux protoplanètes dont le choc aurait fusionné les noyaux rocheux tout en soufflant les enveloppes gazeuses dans l’espace. « Une planète ne peut pas retenir son atmosphère si elle est vraiment chaude, et on se retrouve alors avec cet énorme amas de roche quasiment nu », explique Kroft.
L’orbite de GJ 523b recèle elle aussi son lot de surprises. L’inclinaison stellaire, déduite du rayon spectroscopique et de la période de rotation de l’étoile, suggère une obliquité orbitale minimale de 71,4 degrés. La planète circule, en d’autres termes, sur une trajectoire quasi polaire par rapport à l’équateur de son étoile, un indice supplémentaire en faveur d’un passé dynamique violent (collision ou migration gravitationnelle chaotique).
Le terme « méga-Terre » flottait dans la littérature astrophysique depuis plus d’une décennie sans jamais avoir été formellement défini. L’article de Kroft et ses co-auteurs, issus de quatre départements différents de l’université du Wisconsin-Madison (astronomie, géosciences, chimie, sciences atmosphériques), propose désormais un cadre observationnel strict pour cette catégorie, à savoir un rayon supérieur ou égal à 2,1 rayons terrestres et une densité d’au moins 5,5 g/cm³. « Circonscrire la définition d’une méga-Terre n’est pas quelque chose que les astronomes peuvent faire seuls », souligne Thomas Beatty, professeur d’astronomie et superviseur de l’étude. « Il faut des géologues capables de modéliser le comportement du fer et de la roche à des pressions qu’aucun laboratoire terrestre ne peut reproduire. »
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GJ 523b a d’abord été repérée par le satellite TESS de la NASA, qui surveille les baisses périodiques de luminosité stellaire trahissant le passage d’une planète devant son étoile. Les mesures de vitesse radiale effectuées avec le spectrographe NEID, installé sur le télescope WIYN de 3,5 mètres à l’observatoire de Kitt Peak en Arizona, ont ensuite confirmé la nature planétaire du signal et permis de calculer la masse. Des données du télescope spatial James Webb ont complété le portrait en renseignant la composition atmosphérique, ou plutôt son absence frappante.
Sur les quelque 8 000 candidates planétaires identifiées par TESS, moins d’un quart ont été confirmées à ce jour. Le lancement du télescope spatial Nancy Grace Roman, programmé par la NASA pour la fin du mois d’août, devrait multiplier le vivier de détections par un facteur considérable, avec des dizaines de milliers de nouvelles candidates attendues. « Il est difficile de tirer des conclusions sur la formation planétaire à partir d’un échantillon de un », admet Kroft. « Nous n’aurons jamais 10 000 planètes surdenses de ce type, mais si nous en atteignons 20 ou 30, du moins certaines tendances pourraient émerger. »
La quête initiale du WiCOR visait les mondes dits « hycéens », ces exoplanètes hypothétiques dotées d’un vaste océan et d’une atmosphère tempérée susceptible d’abriter la vie. GJ 523b n’en est pas un. Mais son existence même rappelle que l’univers, lorsqu’il fabrique des planètes, ne consulte pas les manuels. Et que la prochaine méga-Terre, peut-être, sera encore plus embarrassante.
