Impression d’artiste de WASP-189b, une exoplanète en orbite autour de l’étoile HD 133112, l’une des étoiles les plus chaudes connues pour avoir un système planétaire. Crédit : Bibiana Prinoth
Une équipe internationale comprenant des chercheurs du Université de Berne et de l’Université de Genève ainsi que du Pôle de recherche national (PRN) PlanetS a analysé en détail l’atmosphère d’une des planètes connues les plus extrêmes. Les résultats de ce chaud, Jupiter-Les résultats de cette planète chaude, semblable à Jupiterqui a été caractérisée pour la première fois à l’aide du télescope spatial CHEOPS, pourraient aider les astronomes à comprendre les complexités de nombreuses autres exoplanètes, y compris les planètes semblables à la Terre.
L’atmosphère de la Terre n’est pas une enveloppe uniforme mais se compose de couches distinctes qui ont chacune des propriétés caractéristiques. La couche la plus basse, qui s’étend du niveau de la mer aux plus hauts sommets des montagnes, par exemple – la troposphère – contient la plus grande partie de la vapeur d’eau et est donc la couche dans laquelle se produisent la plupart des phénomènes météorologiques. La couche supérieure – la stratosphère – est celle qui contient la fameuse couche d’ozone qui nous protège des rayons ultraviolets nocifs du soleil.
Impression d’artiste de CHEOPS. Crédit : ESA / ATG medialab
Dans une nouvelle étude parue dans le journal Nature Astronomy, une équipe internationale de chercheurs dirigée par l’Université de Lund montre pour la première fois que l’atmosphère de l’une des planètes connues les plus extrêmes pourrait également comporter des couches distinctes similaires – bien que présentant des caractéristiques très différentes.
Bibiana Prinoth, Observatoire de Lund, Département d’Astronomie et de Physique Théorique, Université de Lund. Crédit : Florent Renaud
Un cocktail exotique pour une atmosphère
WASP-189b est une planète hors de notre système solaire, située à 322 années-lumière de la Terre. Des observations approfondies avec le télescope spatial CHEOPS en 2020 ont révélé, entre autres, que la planète est 20 fois plus proche de son étoile hôte que la Terre ne l’est du Soleil et que sa température diurne est de 3200 degrés. Celsius. Des recherches plus récentes avec le satellite HARPS à l’observatoire de La Silla au Chili ont permis aux chercheurs d’examiner de plus près l’atmosphère de cette planète semblable à Jupiter.
“Nous avons mesuré la lumière provenant de l’étoile hôte de la planète et traversant l’atmosphère de la planète. Les gaz de l’atmosphère absorbent une partie de la lumière de l’étoile, comme l’ozone absorbe une partie de la lumière solaire dans l’atmosphère terrestre, et laissent ainsi leur “empreinte” caractéristique. Grâce à HARPS, nous avons pu identifier les substances correspondantes”, explique Bibiana Prinoth, auteur principal de l’étude et doctorante à l’université de Lund. Selon les chercheurs, les gaz qui ont laissé leurs empreintes dans l’atmosphère de WASP-189b comprenaient du fer, du chrome, du vanadium, du magnésium et du manganèse.
Jens Hoeijmakers, Observatoire de Lund, Département d’astronomie et de physique théorique, Université de Lund. Crédit : NCCR PlanetS
Une “couche d’ozone” sur une planète à la chaleur étouffante ?
Une substance particulièrement intéressante que l’équipe a trouvée est un gaz contenant du titane : l’oxyde de titane. Bien que l’oxyde de titane soit très rare sur Terre, il pourrait jouer un rôle important dans l’atmosphère de WASP-189b – similaire à celui de l’ozone dans l’atmosphère terrestre. “L’oxyde de titane absorbe les rayonnements à ondes courtes, comme les rayons ultraviolets. Sa détection pourrait donc indiquer l’existence d’une couche dans l’atmosphère de WASP-189b qui interagit avec le rayonnement stellaire de la même manière que la couche d’ozone sur Terre”, explique Kevin Heng, coauteur de l’étude, professeur d’astrophysique à l’Université de Berne et membre du PRN PlanetS.
En effet, les chercheurs ont trouvé des indices d’une telle couche et d’autres couches sur la planète ultra-chaude semblable à Jupiter. “Dans notre analyse, nous avons vu que les “empreintes digitales” des différents gaz étaient légèrement modifiées par rapport à nos attentes. Nous pensons que des vents forts et d’autres processus pourraient générer ces altérations. Et comme les empreintes digitales des différents gaz ont été altérées de différentes manières, nous pensons que cela indique qu’ils existent dans différentes couches – de la même manière que les empreintes digitales de la vapeur d’eau et de l’ozone sur Terre apparaîtraient différemment altérées de loin, parce qu’elles se produisent principalement dans différentes couches atmosphériques”, explique Prinoth. Ces résultats pourraient changer la façon dont les astronomes étudient les exoplanètes.
Kevin Heng, Centre de l’espace et de l’habitabilité (CSH), Université de Berne. Crédit : Alessandro Della Bella
Une autre façon d’observer les exoplanètes
“Dans le passé, les astronomes ont souvent supposé que les atmosphères des exoplanètes existaient sous la forme d’une couche uniforme et ont essayé de la comprendre comme telle. Mais nos résultats démontrent que même les atmosphères des planètes gazeuses géantes intensément irradiées présentent des structures tridimensionnelles complexes”, souligne Jens Hoeijmakers, co-auteur de l’étude et maître de conférences associé à l’université de Lund.
“Nous sommes convaincus que pour être en mesure de comprendre pleinement ces planètes et d’autres types de planètes – y compris celles qui ressemblent davantage à la Terre, nous devons apprécier la nature tridimensionnelle de leurs atmosphères. Cela nécessite des innovations dans les techniques d’analyse des données, la modélisation informatique et la théorie atmosphérique fondamentale”, conclut Kevin Heng.
Référence : “L’oxyde de titane et l’inhomogénéité chimique dans l’atmosphère de l’astre du jour”. exoplanète WASP-189 b” par Bibiana Prinoth, H. Jens Hoeijmakers, Daniel Kitzmann, Elin Sandvik, Julia V. Seidel, Monika Lendl, Nicholas W. Borsato, Brian Thorsbro, David R. Anderson, David Barrado, Kateryna Kravchenko, Romain Allart, Vincent Bourrier, Heather M. Cegla, David Ehrenreich, Chloe Fisher, Christophe Lovis, Andrea Guzmán-Mesa, Simon Grimm, Matthew Hooton, Brett M. Morris, Maria Oreshenko, Lorenzo Pino et Kevin Heng, 27 janvier 2022, Nature Astronomy.
DOI: 10.1038/s41550-021-01581-z
