Une exoplanète extrême possède une atmosphère complexe et exotique

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Vue d’artiste de l’exoplanète WASP-189b, en orbite hors du système s
Vue d’artiste de l’exoplanète WASP-189b, en orbite hors du système solaire autour de l’étoile HD 133112, qui est l’une des étoiles les plus chaudes autour desquelles un système planétaire est connu. © Bibiana Prinoth

Une équipe internationale a analysé en détail l’atmosphère d’une des planètes les plus extrêmes connues. Les résultats obtenus sur cette planète chaude semblable à Jupiter, qui a été caractérisée pour la première fois à l’aide du télescope spatial CHEOPS, pourraient aider les astronomes à comprendre la complexité d’autres exoplanètes, dont celles qui ressemblent à la Terre.

L’atmosphère de la Terre n’est pas une enveloppe uniforme, mais se compose de différentes couches, chacune ayant des propriétés caractéristiques. La couche la plus basse, qui s’étend du niveau de la mer jusqu’aux plus hauts sommets - la troposphère - contient à peu près la plus grande quantité de vapeur d’eau et est donc la couche dans laquelle se produisent la plupart des phénomènes météorologiques. La couche supérieure - la stratosphère - contient la fameuse couche d’ozone qui nous protège des rayons ultraviolets nocifs du soleil.

Dans une nouvelle étude qui vient d’être publiée dans la revue Nature Astronomy, une équipe de recherche internationale 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 présenter des couches aussi développées - même si leurs propriétés sont très différentes.

Un cocktail exotique en guise d’atmosphère

WASP-189b est une planète située en dehors de notre propre système solaire, à 322 années-lumière de la Terre. Des observations approfondies réalisées en 2020 avec le télescope spatial CHEOPS ont notamment révélé que la planète est 20 fois plus proche de son étoile hôte que la Terre ne l’est du Soleil et qu’elle présente une température diurne de 3’200 degrés Celsius. Des études récentes réalisées avec le spectrographe HARPS à l’Observatoire de La Silla au Chili ont permis aux chercheurs de jeter pour la première fois un regard plus précis sur l’atmosphère de la planète semblable à Jupiter.

Nous avons mesuré la lumière de l’étoile hôte qui traverse l’atmosphère de la planète. Les gaz présents dans son atmosphère absorbent une partie de la lumière de l’étoile, de la même manière que l’ozone absorbe une partie de la lumière du soleil dans l’atmosphère terrestre, et laissent ainsi leur ’empreinte’ caractéristique. Grâce à HARPS, nous avons pu identifier les substances correspondantes de l’atmosphère’, explique l’auteur principal de l’étude et doctorante à l’université de Lund, Bibiana Prinoth. Selon les chercheurs, les gaz qui ont laissé leur empreinte dans l’atmosphère de WASP-189b contenaient entre autres du fer, du chrome, du vanadium, du magnésium et du manganèse.

Une ’couche d’ozone’ sur une planète brûlante?

Une substance particulièrement intéressante que l’équipe a trouvée est un gaz contenant du titane : l’oxyde de titane. Alors que l’oxyde de titane est 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 rayons à ondes courtes, comme les rayons ultraviolets. Sa découverte pourrait donc indiquer l’existence d’une couche dans l’atmosphère de WASP-189b qui interagit avec le rayonnement des étoiles de manière similaire à la couche d’ozone sur Terre’, explique le co-auteur de l’étude Kevin Heng, 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 sur la planète ultra-chaude semblable à Jupiter. Dans notre analyse, nous avons vu que les ’empreintes digitales’ des différents gaz étaient légèrement différentes de ce que nous attendions. Nous pensons que des vents forts et d’autres processus pourraient être à l’origine de ces changements. Et comme les empreintes digitales des différents gaz ont été modifiées de différentes manières, nous pensons que cela indique qu’ils sont présents dans différentes couches - de la même manière que les empreintes digitales de la vapeur d’eau et de l’ozone sur la Terre apparaîtraient modifiées différemment à distance, car elles sont généralement présentes dans différentes couches atmosphériques’, explique Prinoth. Ces résultats pourraient changer la manière dont les exoplanètes sont étudiées.

Une autre façon de voir les exoplanètes

’Dans le passé, les astronomes ont souvent supposé que les atmosphères des exoplanètes existaient comme une couche uniforme et ont essayé de les comprendre comme telles. Mais nos résultats montrent que les atmosphères des planètes géantes gazeuses intensément irradiées présentent également des structures tridimensionnelles complexes’, souligne Jens Hoeijmakers, co-auteur de l’étude et maître de conférences à l’Université de Lund.

Nous sommes convaincus que nous devons prendre en compte la nature tridimensionnelle des atmosphères pour comprendre pleinement ces planètes et d’autres types de planètes, y compris celles qui ressemblent davantage à la Terre. Cela nécessite des innovations dans les techniques d’analyse des données, la modélisation informatique et la théorie fondamentale de l’atmosphère", conclut Kevin Heng.