Vue d’artiste d’une planète sèche, riche en hydrogène, accumulant peu à peu de l’eau – Illustration : cc Lawrence Livermore National Laboratory/Jenny Horn
Et si certaines planètes pouvaient « fabriquer » elles-mêmes de l’eau ? C’est ce que laisse entendre une nouvelle expérience, qui lève le voile sur une anomalie observée sur plusieurs exoplanètes.
Comment une planète peut-elle être riche en eau et proche d’une étoile brûlante ? En règle générale, dans l’Univers, les planètes les plus internes d’un système sont rocheuses et sèches, à l’instar de Mercure ou Vénus.
Mais la découverte des sous-Neptunes, des exoplanètes dont le diamètre est environ le double de celui de la Terre (bien que plus petites que Neptune), a remis en question ce dogme. Nombre de celles-ci semblent contenir de l’eau liquide en grande quantité, même à proximité de leur étoile, là où elle devrait s’évaporer.
Pour expliquer cette observation en désaccord avec nos modèles de formation planétaire, Harrison Horn, chercheur au Lawrence Livermore National Laboratory, aux États-Unis, et ses collègues ont reproduit en laboratoire les conditions qui existent sur ces exoplanètes. « Ils montrent que les énormes pressions qui existent sur les sous-Neptunes, couplées à leur composition chimique, permettent à ces planètes de créer leur propre eau ! » explique Charles Cadieux, astrophysicien québécois à l’Observatoire de Genève, en Suisse, qui n’a pas participé à l’étude. Celle-ci, publiée dans Nature, remet en question l’idée que ces planètes humides se forment loin de leur étoile, là où l’eau peut se condenser, et migrent ensuite en conservant leur eau.
Les sous-Neptunes sont très nombreuses dans notre galaxie, mais « puisque ce type d’objet n’existe pas dans notre Système solaire, leur composition est un peu un mystère », pointe Charles Cadieux, qui travaille justement à déterminer de quoi sont faits ces mondes. On sait toutefois qu’elles ont un cœur magmatique et une épaisse atmosphère majoritairement composée d’hydrogène. Et l’interaction entre ce gaz et les roches pourrait bien… produire directement de l’eau !
C’est ce qu’a montré l’équipe de Harrison Horn en laboratoire en utilisant une cellule à enclume de diamants, soit deux diamants de synthèse taillés avec une pointe extrêmement fine. Ceux-ci servaient à comprimer un échantillon de silice (représentant les roches) avec une pression équivalente à celle qui pourrait régner au cœur de ces planètes (soit 600 000 fois la pression atmosphérique terrestre). En parallèle, un laser chauffait l’échantillon à plus de 4000 °C. Bilan : l’opération a généré des quantités importantes d’eau – environ 20 % de la masse de la roche ! Une vraie surprise.
Selon les scientifiques, la pression et la température démesurées des sous-Neptunes forceraient l’hydrogène atmosphérique à pénétrer au sein du magma. Ces roches fondues sont des silicates, riches en oxygène. Celui-ci réagirait alors avec l’hydrogène pour produire de l’eau. « C’est une très belle expérience, salue Charles Cadieux. Ce n’est sûrement pas la réponse définitive, car il doit exister plusieurs façons de former de l’eau sur ces planètes, mais c’est une piste intéressante à explorer, qui ajoute encore un peu de mystère autour de ces sous-Neptunes. »
Ce processus se déroulerait alors que la planète jeune est encore un océan de magma. Par la suite, à mesure qu’elle se refroidit et se solidifie, l’eau resterait piégée au creux des roches ou sous son épaisse atmosphère d’hydrogène.
Ces expériences montrent que l’eau ne provient pas toujours de réservoirs froids et éloignés, ou d’une « importation » des astéroïdes. Et que des planètes initialement sèches peuvent produire… des océans.
