40 années-lumière. C’est la distance qui nous sépare de 55 Cancri e, une exoplanète que les astronomes rangeaient sans trop y penser dans la catégorie des super-Terres rocheuses, plus massive que notre planète, moins spectaculaire qu’une géante gazeuse. Des chercheurs de Yale ont pourtant découvert que cette planète rocheuse en orbite autour d’une étoile voisine pourrait être une planète de diamant. La conclusion est vertigineuse : au moins un tiers de la masse de la planète, l’équivalent d’environ trois masses terrestres, pourrait être du diamant. Trois Terres. En diamant pur.

Sommaire

1. Une planète trop banale pour qu’on s’y attarde (jusqu’à présent)
2. La méthode Yale : rompre avec le prisme terrestre
3. Une hypothèse brillante, mais questionnée
4. Ce que le James Webb a changé à l’équation

Une planète trop banale pour qu’on s’y attarde (jusqu’à présent)

55 Cancri e a été découverte en 2004 après que des astronomes ont remarqué des fluctuations dans la vitesse radiale de l’étoile 55 Cancri. Ce n’est qu’en 2011 que la planète a été observée en transit devant son étoile hôte, permettant aux astronomes de calculer avec précision sa masse et son rayon. Résultat de ces mesures ? 55 Cancri e est une super-Terre avec un rayon deux fois plus large que celui de notre planète, et une masse huit fois supérieure. Rien d’extraordinaire à première vue pour un objet de ce type.

Elle tourne autour de son étoile hôte en seulement 18 heures, si proche que sa température de surface atteint un scorchant 2 100 degrés Celsius. À titre de comparaison, c’est suffisant pour vaporiser du fer. Elle orbite autour de l’étoile 55 Cancri, une étoile visible à l’œil nu à environ 40 années-lumière dans la constellation du Cancer. Le genre d’astre que vous pouvez apercevoir par une nuit claire, sans le moindre équipement optique, en sachant que l’une de ses planètes renferme peut-être plus de diamants que toute la géologie terrestre n’en a jamais produit.

La méthode Yale : rompre avec le prisme terrestre

Pendant des années, les modèles planétaires appliqués à 55 Cancri e reposaient sur une hypothèse confortable mais risquée : la planète devait ressembler à la Terre. Les astronomes pensaient que 55 Cancri e contenait une quantité substantielle d’eau super-chauffée, en supposant que sa composition chimique était semblable à celle de la Terre. La nouvelle recherche suggère au contraire que la planète ne contient pas d’eau du tout, et semble être composée principalement de carbone (sous forme de graphite et de diamant), de fer, de carbure de silicium, et possiblement de silicates.

L’astrophysicien Nikku Madhusudhan, de l’université Yale, a précisé que leur modèle se distinguait des précédents en ne basant pas ses hypothèses sur la composition chimique de la Terre. Cette nouvelle information, combinée à la dernière estimation de sa masse, a permis à l’équipe Yale de déduire sa composition chimique en utilisant des modèles de son intérieur et en calculant toutes les combinaisons possibles d’éléments et de composés susceptibles de produire ces caractéristiques spécifiques. Ce n’est pas de la poésie scientifique : c’est de la modélisation computationnelle brutale, explorant l’espace des solutions chimiques jusqu’à trouver celle qui colle aux données.

Les astronomes avaient précédemment rapporté que l’étoile hôte contient plus de carbone que d’oxygène, et l’équipe a confirmé que des quantités substantielles de carbone et de carbure de silicium, avec une quantité négligeable de glace d’eau, étaient disponibles lors de la formation de la planète. C’est ce rapport carbone/oxygène supérieur à 1 dans l’étoile hôte qui a ouvert la porte à une conclusion jusque-là réservée à la science-fiction. L’équipe a formulé l’hypothèse que les hautes températures et pressions régnant sur la planète provoqueraient la cristallisation du carbone en diamants.

L’illustration de l’intérieur de 55 Cancri e révèle une planète extrêmement chaude avec une surface principalement en graphite entourant une épaisse couche de diamant, sous laquelle se trouve une couche de minéraux à base de silicium et un noyau de fer en fusion au centre. Une structure en oignon cosmique, dont chaque couche redéfinit ce qu’on entendait jusqu’ici par « planète rocheuse ».

Une hypothèse brillante, mais questionnée

La découverte a fait le tour du monde scientifique à l’automne 2012, publiée dans The Astrophysical Journal Letters. Ce type de structure implique que la tectonique des plaques observée sur Terre ne se produirait pas sur 55 Cancri e, en raison à la fois de l’épaisse croûte carbonée et de l’absence d’eau. « Ces deux facteurs ensemble pourraient potentiellement inhiber la tectonique des plaques sur cette planète, contrairement aux planètes riches en oxygène pour lesquelles les études précédentes ont suggéré que la tectonique était presque inévitable », selon Madhusudhan. Une planète sans continents, sans séismes, sans renouvellement de surface. Statique. Figée dans ses couches de carbone.

L’hypothèse a toutefois été rapidement challengée. En 2013, un groupe d’astronomes de l’Arizona State University dirigé par Johanna Teske a utilisé les télescopes spatiaux Spitzer, Hubble et MOST et a découvert que l’étoile 55 Cancri contient plus d’oxygène que de carbone, ce qui réduit la probabilité de formation de diamant sur la planète. Sa recherche a trouvé que l’étoile hôte de 55 Cancri e contient 25 % d’oxygène de plus que de carbone. « En théorie, 55 Cancri e pourrait toujours avoir un rapport carbone/oxygène élevé et être une planète de diamant, mais l’étoile hôte n’a pas un tel rapport », a déclaré Teske. Un bémol de taille, mais pas une réfutation définitive : la composition d’une planète peut dévier significativement de celle de son étoile selon les conditions de formation dans le disque protoplanétaire.

L’identification d’une super-Terre riche en carbone signifie que les planètes rocheuses distantes ne peuvent plus être supposées avoir des constituants chimiques, des intérieurs, des atmosphères ou des biologies similaires à ceux de la Terre, a souligné Madhusudhan. C’est là l’enjeu réel de cette découverte : pas l’inventaire des réserves de diamants cosmiques, mais la remise en cause d’un biais cognitif profond dans la façon dont on cherche des planètes habitables.

Ce que le James Webb a changé à l’équation

Le débat s’est enrichi d’un nouvel éclairage en 2024, avec l’arrivée des données du télescope spatial James Webb. Une étude publiée en mai 2024 a utilisé des observations du NIRCam et du MIRI du James Webb Space Telescope pour produire un spectre d’émission thermique de 55 Cancri e entre 4 et 12 micromètres. Ces mesures ont écarté l’hypothèse selon laquelle la planète est un monde de lave couvert d’une atmosphère ténue de roche vaporisée, et indiquent une atmosphère volatile réelle, probablement riche en CO₂ ou en CO.

Les observations JWST ont fourni de nouvelles informations sur l’atmosphère potentielle de la planète, mais de larges dégénérescences entre les modèles empêchent de contraindre solidement sa composition. Les observations actuelles suggèrent la présence d’une épaisse enveloppe volatile, potentiellement riche en CO₂ ou en CO. Cette atmosphère carbonée, si elle est confirmée, s’inscrit curieusement dans la cohérence d’un monde dominé par le carbone, même si elle ne tranche pas la question de la composition intérieure.

55 Cancri e reste donc un objet ouvert, au sens scientifique du terme. Le diamant n’y est ni prouvé ni réfuté. Mais la planète a déjà accompli quelque chose de rare en astrophysique : forcer la communauté à abandonner ses certitudes terrestres. L’intérieur de la Terre est riche en oxygène mais extrêmement pauvre en carbone, moins d’un pour mille en masse, rappelait la co-auteure de l’étude Yale, Kanani Lee. Ce qu’on prenait pour la norme n’était qu’un cas particulier parmi des milliards de mondes possibles.

Sources : notre-planete.info | arxiv.org