On pensait les Jupiter chauds, ces géantes gazeuses qui orbitent très près de leur étoile, balayaient toute autre planète lors de leur migration. Pourtant, le système TOI-1130, situé à 190 années-lumière, contredit cette règle: l'une d'elles, TOI-1130c, partage son espace intime avec une planète plus petite, une mini-Neptune nommée TOI-1130b.
Cette cohabitation inattendue a étonné les astronomes lors de sa découverte en 2020 par Chelsea Huang, alors au MIT, grâce aux données du satellite TESS de la NASA. "Ce système est unique en son genre", a expliqué Huang. "Les Jupiter chauds sont considérés solitaires: leur gravité est si forte que toute planète située à l'intérieur de leur orbite est éjectée. Pourtant, ici, un compagnon intérieur a survécu."
Impression d'artiste de la mini-Neptune TOI-1130b et de son compagnon Jupiter chaud TOI-1130c, tous deux formés loin de leur étoile avant de migrer vers l'intérieur.
Crédit: Jose-Luis Olivares, MIT Afin de comprendre cette énigme, une équipe internationale dirigée par Saugata Barat du MIT a pointé le télescope spatial James Webb vers la mini-Neptune lors de son transit devant son étoile. En analysant la lumière stellaire filtrée par son atmosphère, ils ont découvert une composition surprenante: vapeur d'eau, dioxyde de carbone, dioxyde de soufre et méthane. Ces éléments "lourds" (plus lourds que l'hydrogène et l'hélium) indiquent que la mini-Neptune ne s'est pas formée près de son étoile, mais bien au-delà de la "ligne des glaces", la limite où la température permet à l'eau de rester gelée.
"Cette mesure confirme que la mini-Neptune s'est formée au-delà de la ligne des glaces." Les deux planètes auraient donc migré ensemble, maintenues par une résonance gravitationnelle qui les empêche de se percuter. Actuellement, la mini-Neptune boucle son orbite en 4 jours, tandis que le Jupiter chaud met 8 jours, dans un rapport 2:1.
L'observation de ce duo n'a pas été aisée. Leurs attractions mutuelles provoquent des variations de transit, rendant la prédiction de leurs passages délicate. L'équipe ne disposait que d'une seule chance avec le JWST. "Il fallait viser juste", a raconté Barat. Grâce à un modèle développé par Judith Korth de l'Université de Lund, basé sur les observations passées, ils ont pu ajuster parfaitement leurs mesures.
Cette découverte, publiée dans
The Astrophysical Journal Letters, pourrait expliquer l'existence d'autres mini-Neptunes proches de leur étoile. Elle montre que des planètes formées au-delà de la ligne des glaces peuvent survivre et conserver une atmosphère riche en éléments lourds, même à proximité d'un Jupiter chaud.