Une étude, dont les résultats intitulés «Possible internal structures and composition of Proxima Centauri b» ont été publiés dans la revue The Astrophysical Journal Letters, a permis de déterminer les dimensions et les propriétés de la surface Proxima Cen b (en abrégé Proxima b) qui favoriseraient son habitabilité.

 
Rappelons tout d'abord que c'est récemment qu'une exoplanète rocheuse «d’une masse proche de celle de la Terre» a été détectée autour de Proxima du Centaure, l’étoile la plus proche de notre Soleil. Plus précisément, sa masse fait 1,3 fois celle de la Terre et elle «orbite autour de son étoile à une distance de 0,05 unités astronomiques (soit un dixième de la distance Soleil-Mercure)».

Du fait que «Proxima du Centaure est une naine rouge, sa masse et son rayon ne correspondent qu'à un dixième de ceux du Soleil, et sa luminosité est mille fois plus faible que notre étoile» de sorte que Proxima b se trouve «dans la zone habitable de son étoile», autrement dit «elle est susceptible d'abriter de l'eau liquide à sa surface et donc d'abriter des formes de vie».

Comme jusqu'à présent «on sait très peu de choses sur Proxima b» (son rayon, en particulier, est inconnu), il est impossible de vraiment dire «à quoi ressemble la planète, ni de quoi elle est composée» («la mesure du rayon d'une exoplanète s'effectue normalement lors d'un transit, où cette dernière éclipse son étoile», mais «un tel événement a une faible probabilité (1,5%), et plusieurs observations de l'étoile ne montrent en effet aucun signe de transit»).

L'étude ici présentée a donc utilisée une méthode de substitution pour estimer le rayon de l'exoplanète à partir de sa masse, «en simulant le comportement des matériaux qui la composent». Ainsi, les différentes compositions que Proxima b ont été explorées à l'aide d'un «modèle de structure interne» et «les valeurs correspondantes du rayon de la planète» ont été déduites.

L'étude a été restreinte «au cas de planètes potentiellement habitables en simulant des planètes denses et solides, formées d'un noyau métallique et un manteau rocheux comme dans les planètes telluriques du système solaire, tout en autorisant l'incorporation d'une importante masse d'eau dans leur composition». En raison de la grande diversité de compositions qui en découle pour Proxima b, le rayon de la planète peut varier «entre 0,94 et 1,40 fois le rayon de la Terre (6371 km)».

Par exemple, il y a une seule manière d'obtenir le rayon minimal de 5990 km de Proxima b: la planète très dense doit être «composée d'un noyau métallique d’une masse valant 65% de celle de la planète, le reste étant un manteau rocheux (formé de silicates) présent jusqu'en surface», la frontière entre ces deux matériaux étant «située à environ 1500 km de profondeur» (une telle composition rendrait Proxima b «très proche de la planète Mercure, qui présente elle aussi un noyau métallique très massif»). Notons que ce cas n'exclut pas «la présence d'eau à la surface de la planète, comme sur Terre où la masse d'eau ne dépasse pas 0,05% de la masse de la planète».

En ce qui concerne l'autre cas extrême, celui qui correspond au rayon maximal de 8920 km, Proxima b devrait être «composée à 50% de roches entourées de 50% d'eau». Plus précisément, «Proxima b serait recouverte d'un unique océan liquide de 200 km de profondeur», car «en-dessous, la pression serait tellement forte que l'eau liquide se transformerait en glace à haute pression, avant d'atteindre la limite avec le manteau à 3100 km de profondeur».

Ajoutons que, dans ces deux cas extrêmes, «une fine atmosphère gazeuse pourrait englober la planète, comme sur Terre, rendant Proxima b potentiellement habitable». D'une manière générale, cette étude fournit une estimation du rayon de la planète pour les scénarios qui incluent ceux où la planète est complètement sèche et ceux qui «autorisent la présence d'une quantité significative d'eau dans sa composition».

De plus, cette étude «permet de restreindre la quantité d'eau disponible sur Proxima b, qui est sujette à une évaporation sous l'influence des rayons ultraviolets et X de l'étoile hôte, qui sont beaucoup plus violents que ceux issus du Soleil».

Ces estimations pourront être affinées lors de futures observations de Proxima du Centaure: «en particulier, la mesure des abondances stellaires en éléments lourds (Mg, Fe, Si…) diminuera le nombre de compositions possibles pour Proxima b, permettant une détermination encore plus précise du rayon de Proxima b».