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Exoplanète : il y a de l'eau dans l'atmosphère de HR 8799 c

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Ce n'est pas la première fois que l'on détecte des molécules d'eau dans l'atmosphère d'une exoplanète géante. Toutefois, en permettant de déterminer les rapports d'abondance des noyaux d'oxygène et de carbone dans l'atmosphère de HR 8799 c, il est possible de contraindre les modèles de formation de cette géante gazeuse.

Une vue d'artiste des exoplanètes en formation dans le disque protoplanétaire de HR 8799. Les géantes gazeuses sont peut-être apparues selon les mêmes mécanismes que dans le Système solaire. © Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics, Mediafarm

Les exoplanètes en orbite autour de l'étoile HR 8799 (située à environ 128 années-lumière de la Terre dans la constellation de Pégase) font à nouveau parler d'elles. Cette fois, c'est l'exoplanète HR 8799 c qui occupe le devant de la scène. Elle avait été imagée directement par l'astronome Christian Marois et ses collègues, à l'aide des instruments équipant le mythique télescope Keck II au sommet du Mauna Kea à Hawaï. Grâce à l'optique adaptative et à l'OH-Suppressing Infrared Integral Field Spectrograph (Osiris), il est aujourd'hui possible de préciser la composition chimique de l'atmosphère de HR 8799 c.


Une vidéo montrant les différents télescopes au sommet du Mauna Kea. Le Keck II se reconnaît à ses deux dômes jumeaux côte à côte. © exploreTeam, YouTube

L'équipe internationale d'astrophysiciens a en particulier détecté de la vapeur d'eau et du monoxyde de carbone (CO) dans l'atmosphère de la géante gazeuse. Comme indiqué dans un article récent, on savait déjà que HR 8799 c contenait de l'ammoniac (NH3), peut-être un peu d'acétylène (C2H2), mais ni CO2 ni une quantité importante de méthane (CH4).

L'abondance de vapeur d'eau, une clé pour la cosmogonie

En soi, la détection de vapeur d'eau dans l'atmosphère d'une telle exoplanète n'est pas une nouveauté. Voilà des années, cela avait déjà été fait dans le cas de HD 189733 b et toujours dans l'infrarouge. La découverte d'eau chez une géante gazeuse n'est pas non plus aussi excitante que sa présence dans l'atmosphère d'une exoterre ou d'une superterre dans la zone d'habitabilité. Néanmoins, on aurait tort de sous-estimer son importance lorsque l'on regarde d'un peu plus près l'article publié dans Science, et qui est disponible en accès libre sur arxiv.

Cette image infrarouge traitée en fausses couleurs montre directement les exoplanètes autour de HR 8799. La zone où se trouve HR 8799 c, dont l'atmosphère a été étudiée par spectroscopie infrarouge avec Osiris, est montrée dans un rectangle. © NRC-HIA, C. Marois, Keck Observatory

En effet, en mesurant l'abondance de la vapeur d'eau et du monoxyde de carbone dans le cas de HR 8799 c, on peut en déduire le rapport de l'abondance des noyaux de carbone sur celle des noyaux d'oxygène. Or, ce nombre renseigne sur les processus cosmogoniques à l'origine de la formation des géantes gazeuses dans le disque protoplanétaire initial entourant l'étoile HR 8799.

HR 8799 c est-elle née comme Jupiter ?

Il s'agit d'un système solaire jeune, quelques dizaines de millions d'années. Ce que confirme d'ailleurs le fait que l'exoplanète gazeuse ait une température moyenne d'environ 1.000 K, malgré sa grande distance par rapport à son étoile. Elle n'a pas encore largement dissipé sa chaleur de formation, comme c'est le cas pour Jupiter et Saturne. On aimerait bien savoir si la formation d'une exoplanète géante autour de HR 8799 s'est faite de la même façon que dans le Système solaire.

Deux hypothèses sont en lice. La première postule que la formation s'est faite par capture du gaz autour d'un cœur rocheux, formé par accrétion relativement lente. La seconde évoque une formation rapide par effondrement gravitationnel soudain du gaz du disque protoplanétaire à partir d'une instabilité locale.

Dans le premier cas, le cœur se forme avec beaucoup de cristaux de glace, ce qui implique un appauvrissement local du gaz en noyaux d'oxygène. On prédit donc un rapport de l'abondance des noyaux de carbone sur celle des noyaux d'oxygène élevé pour le gaz ensuite capturé par ce cœur solide. C'est effectivement ce qui a été mesuré avec HR 8799 c. On peut donc penser que la formation des exoplanètes autour de HR 8799 a peut-être suivi un chemin évolutif similaire à celui ayant conduit à la naissance des planètes du Système solaire. Voilà qui va intéresser les exobiologistes.

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