Fin août 2016, l'Observatoire Européen Austral faisait une annonce stupéfiante : la découverte d'une planète gravitant autour Proxima du Centaure, l'étoile la plus proche de nous (4,24 années lumière). Cette exoplanète baptisée Proxima b était intéressante à plus d'un titre. Outre sa proximité avec notre monde, cette exoplanète présente surtout l'intérêt d'orbiter dans la zone d'habitabilité autour de son étoile. Autrement dit, elle reçoit juste ce qu'il faut d'énergie pour que, s'il y a de l'eau à sa surface, celle-ci puisse demeurer à l'état liquide. Une condition indispensable (mais pas suffisante) pour espérer voir y émerger de la vie telle qu'elle est apparue sur Terre. Mais, au moment de l'annonce, les chercheurs n'avaient aucune information sur la présence ou non d'une atmosphère, et encore moins d'eau.
Proxima b : grande et poreuse comme une meringue ? Ou dense comme une boule de pétanque
Toutefois, en étudiant les infimes oscillations de son étoile du fait des forces de gravitation, les équipes à l'origine de cette publication étaient parvenues à estimer la masse de l'exoplanète : 1,3 fois celle de la masse terrestre. Mais, à l'époque, aucun indice quant à sa taille n'était disponible. Proxima b est-elle une très grande planète à la structure poreuse comme une meringue ou une toute petite planète dense comme une boule de pétanque ? Une équipe de chercheurs du Laboratoire d’astrophysique de Marseille a tenté de répondre à cette question. Leur mission aurait été relativement aisée s'ils avaient pu avoir recours à la méthode la plus simple : observer le transit de Proxima b devant son étoile. En effet, en passant devant cette dernière, une exoplanète provoque une baisse de luminosité car elle bloque une partie du rayonnement de l'étoile. Cette diminution de la luminosité est infime, un peu comme si un moucheron passait devant le phare d'une voiture. Mais il est néanmoins possible de la mesurer et d'en déduire la taille de la planète. Toutefois, pour observer un tel phénomène, il faut que nous autres observateurs soyons, ce qui est très rare, idéalement placé dans le plan de l'orbite. De fait, les astronomes n'ont pas eu la chance d'observer le moindre transit. L'équipe a donc dû se rabattre sur une autre méthode.
"J'ai développé un modèle informatique de structure interne pour exoplanètes de faible masse" nous explique Bastien Brugger, doctorant en astrophysique au Laboratoire d'astrophysique de Marseille et co-auteur d'un article à paraître dans The Astrophysical Journal Letters. Le principe consiste à partir de la masse d’une planète et à proposer plusieurs scénarios de composition différents (fer, eau, roches silicatées, métal…). En fonction de ce que l’on sait se la manière dont se comportent ces matériaux à telle ou telle pression, de leur élasticité mesurée en laboratoire, le modèle nous propose alors un rayon pour la planète. Etant donné qu’il y a encore une incertitude quant à la masse de Proxima-b, nous avons basé nos calculs sur une hypothèse basse (Proxima-b fait 1,1 fois la masse de la Terre), une hypothèse haute (1,46 fois) et une troisième hypothèse entre les deux. Pour chacune de ces trois possibilités, nous avons effectué 5000 simulations de composition différentes. “Nous n’avons toutefois pas testé n’importe quoi, précise le chercheur. On se base sur ce que l’on a pu observer dans le système solaire ou sur ce que l’on connaît déjà des exoplanètes. On sait par exemple qu’il est impossible qu’une planète soit composée à 100% d’eau. La quantité maximale d’eau est rarement supérieure à 50%” précise le chercheur.
Proxima b pourrait atteindre un rayon de 8920 km
Ainsi, les résultats de simulation donnent des visages très différents à Proxima-b. Selon que les chercheurs se basent sur une hypothèse de masse haute ou basse, le rayon de cette fascinante exoplanète varie entre 0,94 et 1,4 fois celui de la Terre. Dans l’hypothèse la plus basse Proxima-b est une planète relativement petite et présenterait un rayon minimum est de 5990 km. Dans ce cas, elle présenterait un noyau métallique très dense et très important, représentant environ 65% de la masse de la planète. Au dessus, un manteau rocheux constituerait pratiquement tout le reste de la masse. Si ce scénario est exact, Proxima-B ressemblerait très fortement à Mercure. En revanche, si on se base sur l’hypothèse haute, Proxima b pourrait atteindre un rayon de 8920 km. Mais dans ce cas, l’exoplanète serait commposée pour moitié de roches et pour moitié… d’océans. Un gigantesque océan profond de 200 kilomètres. Et dans ses profondeurs, la pression serait si intense que l’eau se transformerait en glace avant d’atteindre la roche, à 3100 km sous la surface.
Lequel des deux scénarios est le bon ? Pour le moment, il est impossible de le savoir. “Tout dépend de la manière dont s’est formé Proxima b” précise Bastien Brugger. Si Proxima b s’est formée loin de son étoile et qu’elle a ensuite migré (suite à une collision par exemple) sur son orbite actuelle, il est alors probable que des blocs de glace aient été intégrés au moment de la formation de cette exoplanète. En revanche, si la proto-planète a été formée in situ et qu’elle n’a jamais bougé depuis sa formation, il est peu probable qu’elle comporte beaucoup d’eau, nous précise le chercheur. En effet, si près de son étoile, l’eau libre ne peut pas demeurer sous forme solide et n’a donc sans doute pas pu s’amalgamer avec les autres éléments qui ont formé Proxima b. Mais même dans ce cas, si Proxima b ressemble effectivement à une planète telle que Mercure, cela ne veut pas dire pour autant qu’elle ne comporte pas d’eau. Il est tout à fait possible que Proxima b ait subi par la suite un bombardement progressif de comètes et/ou d’astéroïdes qui, peu à peu, ont apporté de l’eau à sa surface. L’eau, dans ce cas, ne représenterait que 0,05% de la masse totale de la planète… comme c’est le cas sur Terre. Et dans un cas comme dans l’autre, une fine atmosphère gazeuse pourrait englober la planète rendant Proxima b potentiellement habitable… De nouvelles observations pour préciser ces hypothèses sont donc très attendues, et ce même si ce n’est pas demain la veille que nous pourrons espérer envoyer une sonde vers notre plus proche voisine.
Vue d'artiste de la surface de .


La composition de l' , découverte en août dernier, est toujours inconnue. Néanmoins, une équipe internationale dirigée par des chercheurs du  (CNRS) et de l' ont proposé deux scénarios sur sa  à l'aide d'un modèle informatique de structure interne pour s.

La première hypothèse est que la  serait petite et très dense. Son  serait métallique et très gros, donc il formerait les deux tiers de la . Le reste serait composé d'un manteau rocheux et d'un peu d', environ 0,05 %, tout comme la .

La seconde hypothèse propose qu'elle soit plus grande et composée à 50 % de roches entourées de 50 % d'. Il y aurait alors un immense  profond de 200 km qui englobe l'.

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