Mini-Neptunes

Mini-Neptunes, les exoplanètes gazeuses naines

Une mini-Neptune est une exoplanète de 2 à 10 masses terrestres avec une densité inférieure à 1. Les mini-Neptunes sont des naines de gaz qui ont un océan liquide entouré d'une atmosphère épaisse d'hydrogène et d'hélium ainsi qu'un petit noyau rocheux.
Les méthodes de détection des exoplanètes sont de plus en plus sophistiquées et de plus en plus précises.
La méthode des vitesses radiales ou la méthode d'oscillation est une méthode indirecte pour trouver des exoplanètes par l'observation des décalages Doppler dans le spectre de l'étoile. En mesurant ces variations, on peut calculer le mouvement décrit par l'étoile et en déduire la présence et les caractéristiques des éventuelles planètes qui l'accompagnent. Dans notre système solaire nous observons une légère oscillation du Soleil sur un cycle de 12 ans, ce qui correspond au cycle de gravitation de Jupiter.
La méthode du transit permet aux télescopes à mesure d'éclat de confirmer la présence de planètes autour d'une étoile car à chaque passage de la planète devant l'étoile un assombrissement a lieu. Les variations cycliques d'éclat dévoilent le passage d'une planète entre la Terre et l'étoile.
La méthode astrométrique consiste à mesurer la position absolue d'une étoile dans le ciel et son mouvement. Lorsque l'étoile décrit une ellipse régulière dans le ciel, c'est qu'elle est influencé par une ou plusieurs de ses planètes.
La détection directe d'exoplanètes repose sur une imagerie à haute résolution et haut contraste utilisant l'optique adaptative.
La détection par effet de microlentille gravitationnelle se produit lorsque le champ gravitationnel d'une étoile déforme l'espace-temps, ce qui dévie la lumière issue d'une étoile distante située derrière. Cet effet n'est visible que si les deux étoiles sont alignées par rapport à la Terre. Si l'étoile qui agit comme une lentille possède une planète, le champ de la planète peut avoir un effet faible mais détectable.
Depuis le 6 mars 2009, Kepler, est le télescope spatial spécialisé dans la recherche de planètes extrasolaires ou exoplanètes et plus précisément des exoterres de petites tailles, de 2 à 20 fois la taille de la Terre. La mission Kepler doit déterminer s'il y a des planètes habitables en dehors de notre système solaire. Kepler va observe plus de 100 000 étoiles de la Voie lactée, plutôt situées dans les régions du Cygne et de la Lyre. Kepler observe en continu deux zones de la Voie Lactée riches en étoiles et surveille plusieurs dizaines de milliers d’étoiles en même temps. Kepler a découvert une grande variété de planètes que les scientifiques appellent Jupiter chaude, super-Jupiter, planète d'hélium, super-terre, exoterre, planète subterrestre, planète naine gazeuse, planète de transition, gazeuse naine, planète océan, planète de métal, planète de fer, naine de gaz, Neptune chaude, Neptune froide, géante de glace, planète de carbone, planète de silicates, planète métallique ou encore mini-Neptune.

Une mini-Neptune est une naine gazeuse ou une planète de transition. Ce type de planète est plus petite que Uranus (14,5 masses terrestres) et Neptune (17,1 masses terrestres), environ 2 à 10 masses terrestres. Les scientifiques pensent que ces mini-Neptunes ont une épaisse atmosphère d'hydrogène et d'hélium, des couches profondes de glace et de roches, des océans liquides d'eau ou d'ammoniac ou un mélange des deux avec un petit noyaux de matières volatiles de faible densité. Les études théoriques de ces planètes sont généralement fondées sur la connaissance que l'on a des planètes Uranus et Neptune. Sans une atmosphère épaisse, ces planètes seraient de type planète océan. Ces mini-Neptunes ne tournent pas sur une orbite proche de leurs étoiles, sinon leurs atmosphères épaisses seraient emportées par les vents stellaires.
Les propriétés qui différencient les planètes rocheuses des planètes gazeuses, sont le diamètre et la masse. En ce qui concerne le diamètre, la transition se fait à partir de 2 diamètres terrestres et pour la masse cela peut varier considérablement en fonction de la composition de la planète, elle va de 2 à 20 masses terrestres. Sur la base des indicateurs ci-dessus, plusieurs planètes intermédiaires ou mini-Neptunes, ont été découvertes. Actuellement avec le télescope spatial Kepler, 70 % des exoplanètes découvertes par la méthode du transit ressemble à des mini-Neptunes dont la taille est comprise entre celle de notre planète et celle de Neptune. Neptune a une masse équivalente à 17.1 masses terrestres et une masse volumique de 1638 kg/m³ soit une densité (par rapport à l'eau) de 1.638. Son atmosphère est composée de 80% de dihydrogène, de 19% d'hélium et 1% de méthane.
Exemple de mini-Neptunes :
Kepler-11f a une masse de 2,3 masses terrestres et une densité de 0.69, la même que celle de Saturne dont la masse est de 95 terres. Ces propriétés classent cette exoplanète dans la catégorie des mini-Neptunes ou naines de gaz qui ont un océan liquide entouré d'une atmosphère épaisse d'hydrogène et d'hélium ainsi qu'un petit noyau rocheux. 
Kepler-11c a une masse de 2.9 masses terrestres et une densité de 0.66. Sa période de révolution autour de son étoile (Kepler-11) est de 191.231 jours.
Kepler-11e a une masse de 8 masses terrestres et une densité de 0.58. Sa période de révolution autour de son étoile (Kepler-11) est de 31.9996 jours.
Kepler-16b a une masse de 8.45 masses terrestres et une densité de 0.964. Sa période de révolution autour de son étoile (Kepler-16) est de 13.0241 jours.
Kepler-87c a une masse de 6.4 masses terrestres et une densité de 0.15. Sa période de révolution autour de son étoile (Kepler-87) est de 191.231 jours.
Kepler-109c a une masse de 2.22 masses terrestres et une densité de 0.65. Sa période de révolution autour de son étoile (Kepler-109) est de 21.2227 jours.

Image : Diagramme représentant les découvertes d'exoplanètes par année, jusqu'à 2013. Les couleurs indiquent la méthode de découverte, vitesse radiale (bleu foncé), transit (vert foncé), astrométrie (jaune foncé), imagerie directe (rouge foncé), microlentille (orange foncé).
La méthode des vitesses radiales ou la méthode d'oscillation est une méthode indirecte pour trouver des exoplanètes par l'observation des décalages Doppler dans le spectre de l'étoile.
La méthode du transit permet aux télescopes à mesure d'éclat de confirmer la présence de planètes autour d'une étoile car à chaque passage de la planète devant l'étoile un assombrissement a lieu. Un cycle répété confirme un passage d'objet devant l'étoile.
La méthode astrométrique consiste à mesurer la position absolue d'une étoile dans le ciel et son mouvement. Lorsque l'étoile décrit une ellipse régulière dans le ciel, c'est certainement dû au mouvement induit par une exoplanète.
La détection directe d'exoplanètes repose sur une imagerie à haute résolution et haut contraste utilisant l'optique adaptative.
La détection par effet de microlentille gravitationnelle se produit lorsque le champ gravitationnel d'une étoile déforme l'espace-temps, ce qui dévie la lumière issue d'une étoile distante située derrière. Cet effet n'est visible que si les deux étoiles sont alignées par rapport à la Terre. Si l'étoile qui agit comme une lentille possède une planète, le champ de la planète peut avoir un effet faible mais détectable.
Crédit : Open exoplanet catalogue 10/01/2014.