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L'exoplanète où le ciel est pourpre et le soleil cyan !

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Les chercheurs viennent d'obtenir le premier spectre complet de l'atmosphère de HD209458b, de l'ultraviolet à l'infrarouge. Ils confirment ainsi l'étrangeté mais aussi la grande diversité auxquelles on peut s'attendre dans d'autres systèmes planétaires.

Simulation d’un coucher de soleil sur HD209458b. Crédit INSU-CNRS

HD209458, une étoile très semblable à notre Soleil à 150 années-lumière de la Terre, avait déjà retenu l’attention des astrophysiciens par la planète, HD209458b, deux fois moins massive que Jupiter, qui tourne autour d'elle à seulement 6,7 millions de kilomètres en 3,5 jours. Cette très grande proximité, ajoutée au fait que le plan orbital du système est orienté vers la Terre, entraîne la planète à passer devant le disque de son étoile à chaque révolution au cours d'une mini-occultation d'environ 3 heures.

Pour cette raison, HD209458b est l'une des planètes extrasolaires les mieux étudiées. Au cours de ces transits, l'atmosphère imprime sa trace dans la lumière que nous recevons de l'étoile et son étude par spectrométrie révèle les composants qu'elle renferme. Déjà, la signature de l'hydrogène atmosphérique avait été détectée et les chercheurs avaient eu la surprise, dès 2003, de découvrir que l'atmosphère de HD209458b s'étendait jusqu'à plus de 200.000 kilomètres, soit bien au-delà de la limite de stabilité gravitationnelle de l'astre. Autrement, dit, cette atmosphère s'évapore en continu dans l'espace.

Mais très récemment, une équipe INSU-CNRS de l'Institut d'astrophysique de Paris conduite par David Sing (CNRS, Université Pierre et Marie Curie) a réussi à réunir entre elles de nombreux relevés effectués au moyen du télescope spatial Hubble, s'étalant sur plusieurs années afin d'obtenir un relevé spectrographique complet de cette atmosphère, depuis l'ultraviolet jusqu'à l'infrarouge, incluant donc l'entièreté du domaine visible. Les résultats de cette étude seront publiés sous peu dans Astrophysical Journal.

Une atmosphère dont la complexité se révèle

L'analyse des résultats, qui s'étendent sur plusieurs passages de HD209458b devant son étoile, confirme la présence d'hydrogène mais aussi révèle la présence de plusieurs couches de sodium ainsi que d'absorbants qui pourraient être de l'oxyde de vanadium ou de l'oxyde de titane.

Le sodium se concentre essentiellement à basse altitude. Plus haut, il a tendance à disparaître sous l'effet de l'ionisation par l'intensité des radiations de l'étoile toute proche et à se condenser dans d'autres molécules. C'est la première fois que différentes couches sont directement mises en évidence dans l'atmosphère d'une exoplanète, dont la similitude est frappante avec celle de la Terre où la vapeur d'eau se condense dans les nuages.

L'observation de l'effet Rayleigh, bien connu sur Terre puisqu'il provoque la couleur bleue du ciel, a permis à David Sing d'obtenir un profil détaillé de la température et de la pression des différentes couches. Au niveau du sol, le thermomètre indiquerait environ 1.700°C, et la température se réduit en altitude jusqu'à 500°C, ce qui autorise la condensation du sodium. Elle se remet ensuite à grimper dans la stratosphère.

Mais il y a plus spectaculaire, puisque les spectres obtenus permettent aussi de reconstituer exactement les couleurs du ciel de la planète et de son étoile telles qu'elles apparaîtraient à un regard humain depuis la surface. Un spectacle particulièrement saisissant y attendrait les premiers explorateurs, car là-bas, un soleil couchant apparaîtrait cyan sur un fond de ciel pourpre...

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