Les planètes dont le diamètre est compris entre 1,7 et 3,5 fois le diamètre de la Terre sont parfois appelées « sous-Neptunes ». Il n’y a pas de planètes de cette taille dans le système solaire de la Terre, mais les scientifiques pensent que de nombreuses sous-Neptunes ont des atmosphères épaisses, masquant potentiellement des surfaces rocheuses ou des océans liquides. Crédit : NASA/JPL-Caltech
Une nouvelle étude montre comment les produits chimiques dans un exoplanèteL’atmosphère de s peut, dans certains cas, révéler si la température à sa surface est trop élevée ou non pour l’eau liquide.
Dans notre système solaire, les planètes sont soit petites et rocheuses (comme la Terre), soit grandes et gazeuses (comme Neptune). Mais autour d’autres étoiles, les astronomes ont trouvé planètes qui se situent entre – des mondes légèrement plus grands que la Terre mais plus petits que Neptune. Ces planètes peuvent avoir des surfaces rocheuses ou des océans d’eau liquide, mais la plupart sont probablement surmontées d’atmosphères plusieurs fois plus épaisses que celles de la Terre et opaques.
Dans la nouvelle étude, acceptée dans le Lettres de revues astrophysiques, les chercheurs montrent comment la chimie de ces atmosphères pourrait révéler des indices sur ce qui se trouve en dessous – en particulier, quelles planètes sont trop chaudes pour supporter des océans d’eau liquide. Étant donné que l’eau liquide est un ingrédient nécessaire à la vie telle que nous la connaissons, cette technique pourrait aider les scientifiques à affiner leur recherche d’exoplanètes potentiellement habitables ou de planètes situées au-delà de notre système solaire. Plus de 4 500 exoplanètes ont été confirmées dans notre galaxie, avec plus de 7 700 candidats à confirmer, mais les scientifiques estiment qu’il existe des centaines de milliards d’exoplanètes dans notre galaxie.
Certains Nasa les télescopes spatiaux équipés de spectromètres peuvent révéler composition chimique de l’atmosphère d’une exoplanète. Un profil chimique de la Terre ne serait pas en mesure de révéler des images, par exemple, de vaches ou d’humains à la surface de la planète, mais il montrerait le dioxyde de carbone et le méthane produits par les mammifères, et l’oxygène produit par les arbres. Aucun de ces produits chimiques seuls ne serait un signe de vie, mais en combinaison, ils indiqueraient la possibilité que notre planète soit habitée.
Le nouvel article montre quels produits chimiques pourraient pointer vers des océans cachés sur des exoplanètes entre 1,7 et 3,5 fois le diamètre de la Terre. Étant donné que Neptune mesure environ quatre fois le diamètre de la Terre, ces planètes sont parfois appelées « sous-Neptunes ».
Pour aider à comprendre l’incroyable variété d’exoplanètes qui existent dans notre galaxie, les scientifiques utilisent parfois des termes comme « hot Jupiter» et « sous-Neptune » pour indiquer les similitudes et les différences entre les exoplanètes (planètes au-delà de notre système solaire) et les planètes à l’intérieur de notre système solaire. Crédit : NASA/JPL-Caltech
Une atmosphère épaisse sur une planète sub-Neptune emprisonnerait la chaleur à la surface et augmenterait la température. Si l’atmosphère atteint un certain seuil – généralement environ 1430 degrés Fahrenheit (770 degrés Celsius) – il subira un processus appelé équilibre thermochimique qui modifie son profil chimique. Une fois l’équilibre thermochimique atteint – et en supposant que l’atmosphère de la planète soit principalement composée d’hydrogène, ce qui est typique des exoplanètes gazeuses – le carbone et l’azote seront principalement sous forme de méthane et d’ammoniac.
Ces produits chimiques seraient largement absents dans une atmosphère plus froide et plus mince où l’équilibre thermochimique ne s’est pas produit. Dans ce cas, les formes dominantes du carbone et de l’azote seraient le dioxyde de carbone et les molécules de deux atomes d’azote.
Un océan d’eau liquide sous l’atmosphère laisserait des signes supplémentaires, selon l’étude, notamment l’absence de presque tout l’ammoniac parasite, qui serait dissous dans l’océan. Le gaz ammoniac est très soluble dans l’eau, selon le pH de l’océan (son niveau d’acidité). Sur une large gamme de niveaux de pH océaniques plausibles, les chercheurs ont découvert que l’atmosphère devrait être pratiquement exempte d’ammoniac lorsqu’il y a un océan massif en dessous.
De plus, il y aurait plus de dioxyde de carbone que de monoxyde de carbone dans l’atmosphère ; en revanche, après l’équilibre thermochimique, il devrait y avoir plus de monoxyde de carbone que de dioxyde de carbone s’il y a des quantités détectables de l’un ou l’autre.
“Si nous voyons les signatures de l’équilibre thermochimique, nous conclurions que la planète est trop chaude pour être habitable”, a déclaré Renyu Hu, chercheur au Jet Propulsion Laboratory de la NASA, qui a dirigé l’étude. “Inversement, si nous ne voyons pas la signature de l’équilibre thermochimique et voyons également des signatures de gaz dissous dans un océan d’eau liquide, nous les considérerions comme une forte indication de l’habitabilité.”
Le télescope spatial James Webb de la NASA, dont le lancement est prévu le 18 décembre, emportera un spectromètre capable d’étudier les atmosphères des exoplanètes. Des scientifiques comme Hu s’efforcent d’anticiper les types de profils chimiques que Webb verra dans ces atmosphères et ce qu’ils pourraient révéler sur ces mondes lointains. L’observatoire a la capacité d’identifier les signes d’équilibre thermochimique dans les atmosphères sub-Neptune – en d’autres termes, les signes d’un océan caché – comme identifié dans le document.
Au fur et à mesure que Webb découvre de nouvelles planètes ou effectue des études plus approfondies sur des planètes connues, ces informations pourraient aider les scientifiques à décider lesquelles d’entre elles méritent des observations supplémentaires, en particulier si les scientifiques souhaitent cibler des planètes susceptibles d’abriter la vie.
“Nous n’avons pas de preuves d’observation directes pour nous dire quelles sont les caractéristiques physiques communes des sous-Neptunes”, a déclaré Hu. “Beaucoup d’entre elles peuvent avoir des atmosphères d’hydrogène massives, mais un bon nombre pourraient encore être des” planètes océaniques “. J’espère que cet article motivera beaucoup plus d’observations dans un proche avenir pour le découvrir.
Référence : « Dévoiler les océans enveloppés sur les sous-Neptunes tempérés via les signatures de transit des équilibres de solubilité contre la thermochimie du gaz » par Renyu Hu, Mario Damiano, Markus Scheucher, Edwin Kite, Sara Seager et Heike Rauer, Accepté, Lettres de revues astrophysiques.
arXiv : 2108.04745
JPL est géré pour la NASA par Caltech à Pasadena, en Californie.
