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Une exoplanète extrême qui possède une atmosphère complexe et exotique

Une équipe internationale comprenant des chercheurs de l’Université de Berne, de l’Université de Genève et du Pôle de recherche national (PRN) PlanetS a analysé en détail l’atmosphère d’une des planètes les plus extrêmes connue. Les résultats de cette planète chaude, semblable à Jupiter, qui a été caractérisée pour la première fois à l’aide du satellite CHEOPS, pourraient aider les astronomes à comprendre les complexités de nombreuses autres exoplanètes y compris les planètes semblables à la Terre.

Impression d’artiste de WASP-189b, une exoplanète en orbite autour de l’étoile HD 133112 qui est l’une des étoiles les plus chaudes connues pour avoir un système planétaire. Crédit : Bibiana Prinoth

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, la troposphère, qui s’étend du niveau de la mer aux plus hauts sommets des montagnes 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 située au-dessus, la stratosphère, est celle qui contient la fameuse couche d’ozone qui nous protège des rayons ultraviolets nocifs du soleil.

Dans une nouvelle étude parue dans la revue 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, mais avec des caractéristiques très différentes.

Un cocktail exotique pour une atmosphère

Bibiana Prinoth, Observatoire de Lund, Département d’astronomie et de physique théorique, Université de Lund. Credit: Florent Renaud

WASP-189b est une planète située en dehors de notre propre système solaire, 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 investigations plus récentes avec le spectrographe HARPS de l’Observatoire de La Silla au Chili ont permis pour la première fois 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 qui traverse 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 du soleil dans l’atmosphère terrestre, et laissent ainsi leur “empreinte” caractéristique. Avec l’aide de 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 comprennent le fer, le chrome, le vanadium, le magnésium et le manganèse.

Une “couche d’ozone” sur une planète à la chaleur étouffante ?

Prof. Kevin Heng, Centre pour l’espace et l’habitabilité (CSH), Université de Berne.Credit: Alessandro Della Bella

Une substance particulièrement intéressante que l’équipe a trouvée est le gaz 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 un peu comme 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 ainsi que d’autres couches sur cette 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. Un peu comme sur Terre où les empreintes digitales de la vapeur d’eau et de l’ozone apparaîtraient différemment altérées à distance, parce qu’elles se produisent principalement dans différentes couches atmosphériques”, explique Bibiana Prinoth. Ces résultats pourraient changer la façon dont les astronomes étudient les exoplanètes.

Une autre façon d’observer les exoplanètes

Dr. Jens Hoeijmakers, Observatoire de Lund, Département d’astronomie et de physique théorique, Université de Lund. Credit: NCCR PlanetS

“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 les planètes, y compris celles qui ressemblent plus à la Terre, nous devons apprécier la nature tridimensionnelle de leurs atmosphères. Cela nécessite des innovations dans les techniques d’analyse des données, dans la modélisation informatique et dans la théorie atmosphérique”, conclut Kevin Heng.

Publication details:

Titanium oxide and chemical inhomogeneity in the atmosphere of the exoplanet WASP-189 by B. Prinoth et al. (2022), Nature Astronomy.

https://www.nature.com/articles/s41550-021-01581-z