Le nombre de planètes extrasolaires connues a explosé au cours des dernières décennies, avec 5 338 planètes confirmées dans 4 001 systèmes (et 9 443 autres en attente de confirmation). En ce qui concerne les planètes “semblables à la Terre” (c’est-à-dire rocheuses), l’endroit le plus susceptible de les trouver est en orbite autour d’étoiles naines rouges de type M. Celles-ci représentent entre 75 et 80% de toutes les étoiles de l’Univers connu, sont plusieurs fois plus petites que le Soleil et sont assez froides et sombres en comparaison. Ils sont également sujets aux éruptions et ont des zones habitables (HZ) très étroites, ce qui signifie que les planètes doivent orbiter très près pour obtenir suffisamment de chaleur et de rayonnement.
De plus, les naines rouges sont très actives lorsqu’elles sont jeunes, exposant les planètes dans leur HZ à de nombreux rayonnements ultraviolets et X. En tant que tel, la question de savoir si les planètes en orbite autour de ces étoiles peuvent maintenir ou rétablir leur atmosphère au fil du temps est une question ouverte. En utilisant le Télescope spatial James Webb (JWST), des chercheurs du Space Telescope Science Institute (STScI) ont observé une exoplanète connue sous le nom de GJ 486 b. Comme ils l’ont déclaré dans une étude récente, l’équipe a détecté des traces de vapeur d’eau, bien qu’il ne soit pas clair si le signal provenait de la planète ou de son étoile mère.
L’équipe de recherche était composée du Laboratoire lunaire et planétaire et du Département des sciences planétaires (LPL) de l’Université de l’Arizona, du Laboratoire de physique appliquée de l’Université Johns Hopkins (JHUAPL), de l’Imperial College de Londres, du Laboratoire de physique HH Wills de l’Université de Bristol, de la NASA. Ames Research Center, le Center for Research and Exploration in Space Science and Technology (CRESST) de la NASA Goddard et plusieurs universités. L’article qui décrit leurs découvertes a récemment été accepté pour publication dans Les lettres du journal astrophysique.
En utilisant les données du spectrographe proche infrarouge de Webb (NIRSpec), l’équipe a examiné GJ 486 b, une planète rocheuse environ 30 % plus grande que la Terre et 2,82 fois plus massive (une « Super Terre »). Il orbite également très près de son étoile (0,01734 UA) avec une période de 1,5 jour, ce qui signifie qu’il est probablement verrouillé par les marées avec son étoile mère – c’est-à-dire qu’un côté lui fait face en permanence. Pour cette raison, on estime que les températures de surface atteignent 430 ° C (800 ° F), ce qui en fait le dernier endroit où les astronomes s’attendent à trouver des spectres indiquant des traces de vapeur d’eau.
Ce travail faisait partie du cycle 1 d’un programme qui s’appuie sur la NIRSpec et la caméra proche infrarouge (NIRCam) de Webb pour caractériser les atmosphères des exoplanètes autour des étoiles naines rouges. Le co-auteur de l’étude, Kevin Stevenson du JHUAPL, est le chercheur principal du programme, intitulé « Dis-moi comment je suis censé respirer sans air : mesurer la prévalence et la diversité des atmosphères des planètes naines M ». Comme Stevenson l’a déclaré dans un communiqué de presse de la NASA, “La vapeur d’eau dans l’atmosphère d’une planète rocheuse chaude représenterait une percée majeure pour la science des exoplanètes. Mais nous devons être prudents et nous assurer que la star n’est pas le coupable.
“Nous voyons un signal, et c’est presque certainement dû à l’eau”, a déclaré l’auteur principal Sarah Morton du LPL. “Mais nous ne pouvons pas encore dire si cette eau fait partie de l’atmosphère de la planète, c’est-à-dire si la planète a une atmosphère, ou si nous voyons juste une signature d’eau provenant de l’étoile. NIRspec a détecté la signature chimique de la vapeur d’eau alors que GJ 486 b transitait devant son étoile par rapport au télescope. Si la planète a une atmosphère, la lumière des étoiles filtrant à travers l’atmosphère produira des spectres qui montrent la composition de l’atmosphère (connu sous le nom de spectroscopie de transmission).
Dans le cadre du programme, G J476 b a été observé lors de deux transits qui ont duré environ une heure chacun. L’équipe a examiné les données en utilisant trois méthodes différentes, et toutes ont montré un spectre essentiellement plat avec une augmentation aux longueurs d’onde infrarouges les plus courtes. L’équipe a ensuite exécuté des modèles informatiques prenant en compte différentes molécules en fonction de leurs propriétés spectrales et a conclu que la vapeur d’eau était la source la plus probable du signal. Mais alors que la vapeur d’eau pourrait indiquer la présence d’une atmosphère, il est également possible que le signal soit dû à la vapeur d’eau de l’étoile.
Cela se produit parfois avec le Soleil, où la vapeur d’eau peut parfois exister sur les taches solaires car elles sont beaucoup plus froides que la surface environnante. Étant donné que l’étoile hôte de GJ 486 b est beaucoup plus froide que le Soleil, plus de vapeur d’eau pourrait être concentrée dans ses taches stellaires, ce qui serait suffisant pour produire le signal provenant du système. Dit le co-auteur Ryan MacDonald de l’Université du Michigan :
“Nous n’avons observé aucune preuve que la planète traversait des points stellaires pendant les transits. Mais cela ne signifie pas qu’il n’y a pas de taches ailleurs sur l’étoile. Et c’est exactement le scénario physique qui imprimerait ce signal d’eau dans les données et pourrait finir par ressembler à une atmosphère planétaire.
Si l’eau est associée à la planète, cela pourrait indiquer qu’elle a une atmosphère dense malgré ses températures extrêmement chaudes. Si de la vapeur d’eau a été détectée dans les atmosphères de géantes gazeuses (comme WASP-96 b), elle n’a pas encore été confirmée autour d’une exoplanète rocheuse. Pour qu’une telle atmosphère reste en place, il faudrait qu’elle soit reconstituée par un dégazage volcanique. Sinon, il serait progressivement éliminé par le chauffage et l’irradiation stellaires. À ce stade, d’autres observations sont nécessaires pour déterminer si le signal provient de la planète et quelle quantité d’eau est présente.
Heureusement, plus de temps d’observation a été réservé à Webb pour étudier ce système. Pour ce programme à venir, “Contraindre l’atmosphère de l’exoplanète terrestre Gl486b”, les équipes utiliseront l’instrument à infrarouge moyen (MIRI) pour observer le côté jour de la planète. Si l’exoplanète n’a pas d’atmosphère (ou une atmosphère mince), la partie la plus chaude de la planète sera la partie faisant face à l’étoile mère, alors que la circulation de la chaleur indiquerait la présence d’une atmosphère plus dense. D’autres observations seront nécessaires à l’aide de l’imageur dans le proche infrarouge et du spectrographe sans fente (NIRISS) pour différencier une éventuelle atmosphère d’exoplanète et des taches solaires.
Déterminer que la vapeur d’eau fait partie de l’atmosphère de GJ 486 b serait une réalisation révolutionnaire, rapprochant les astronomes de la recherche d’un véritable analogue de la Terre.
Lectures complémentaires: Nasa, Les lettres du journal astrophysique.
