Une vue d'artiste de l'exo-Io présumée autour d'une Jupiter chaude et avec ses émissions d'ions sodium et potassium. © University of Bern, Thibaut Roger

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Exoplanète : des indices d'une lune volcanique autour d'une Jupiter chaude

ActualitéClassé sous :Astronomie , corot 7b , Io

Les astrophysiciens suspectent l'existence d'exolunes depuis longtemps mais n'ont toujours pas de preuves convaincantes de leur présence. Toutefois, des indications indirectes laissent penser qu'il en existe une, volcanique comme la lune de Jupiter Io, autour de la Jupiter chaude Wasp 49-b.

La découverte des exoplanètes, en particulier celles qui sont des géantes gazeuses, a inévitablement conduit les astrophysiciens à se poser la question de l'existence de lunes autour de ces dernières, des exolunes donc. Dans le Système solaire, par exemple, il existe au moins 62 lunes autour de Saturne, les plus célèbres étant sans aucun doute Titan et Encelade, et au moins 79 autour de Jupiter. Europe est sans doute la plus célèbre et elle est soupçonnée d'abriter sous sa banquise, un océan global favorable à l'apparition de formes de vie similaires à celles découvertes au niveau des sources hydrothermales des océans terrestres.

Cette hypothèse fascinante avait été popularisée par Arthur Clarke dans son roman 2010 : Odyssée 2. Europe est soumise à des forces de marée importante et il y a fort à parier que l'énergie libérée sous forme de chaleur dans les profondeurs de cette lune par ces forces -- bien que moins importante que dans le cas d'Io, une autre lune de Jupiter -- soit également dans ce cas à l'origine d'un volcanisme important.

Une autre vue d'artiste d'une exo-Io en orbite autour d'une Jupiter chaude très proche de son soleil hôte. © ESO/L. Calçada

Aujourd'hui, via un article en accès libre sur arXiv, une équipe d'astronomes dirigés par des chercheurs de l'Université de Berne vient de faire savoir qu'ils pensent avoir peut-être découvert, sur la base de prédictions théoriques correspondant à des observations, une exo-Io autour d'une Jupiter chaude connue sous la dénomination de WASP-49b.

Elle est en orbite autour d'une naine jaune, donc une étoile de type solaire, WASP-49, située dans la constellation du Lièvre et à environ 550 années-lumière de la Terre. WASP-49b a été découverte au début des années 2010 lors d'une campagne d'observations menée dans le cadre de WASP (Wide Angle Search for Planets ou « recherche à angle large de planètes »), un projet de recherche d'exoplanètes par la méthode du transit astronomique mené avec deux instruments identiques installés sur les sites de deux observatoires, à savoir l'Observatoire du Roque de los Muchachos et l'observatoire astronomique sud-africain.

Des tores de sodium générés par des exo-Ios ?

Il y a quelques années, des raies spectrales associées aux atomes de sodium neutre formant un gaz chaud ont été détectées à une altitude anormale autour de WASP-49b. Ces raies ont été mises en évidence dans le cadre de la campagne d'observation Hot Exoplanet Atmospheres Resolved with Transit Spectroscopy (Hearts) menée avec le fameux spectrographe High Accuracy Radial velocity Planet Searcher (Harps) équipant le télescope de 3,6 mètres de l'ESO, à l'observatoire de La Silla au Chili.

Il se trouve que l'on connait l'existence d'un tore chaud autour de Jupiter composé de soufre, d'oxygène et de chlore ionisés ainsi que d'atomes de sodium et potassium sous forme atomique donc neutre. Ce tore est le produit du volcanisme de Io et des panaches crachés lors des éruptions de ses volcans.

Cette séquence de cinq images prises par la sonde New Horizons montre le panache géant de l'éruption du volcan Tvashtar d'Io. Ce tout premier « film » d'un panache de Io montre clairement le mouvement dans le nuage de débris volcaniques, qui s'étend sur 330 kilomètres au-dessus de la surface de la lune. Seule, la partie supérieure du panache est visible depuis ce point d'observation. La source du panache se situe à 130 kilomètres sous le bord du disque d'Io, de l'autre côté de la lune. L'apparence et le mouvement du panache ressemblent remarquablement à ceux d'une fontaine ornementale sur Terre reproduite à une échelle gigantesque. Les nœuds et les filaments qui nous permettent de suivre le mouvement du panache sont toujours mystérieux, mais ce film aidera probablement les scientifiques à comprendre leur origine et fournira des informations uniques sur la dynamique du panache. © Nasa, Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, Southwest Research Institute

Dans le cas de WASP-49b, comme l'explique l'un des chercheurs de l'Université de Bern, Apurva Oza« le gaz de sodium neutre est si loin de la planète qu'il est peu probable qu'il soit émis uniquement par des vents planétaires ». Par contre, en se basant sur des modèles faisant intervenir une exo-Io, « le sodium se trouve exactement où il doit être », précise l'astrophysicien qui a développé avec ses collègues des calculs basés sur des prédictions déjà faites il y a environ une dizaine d'années. On avait alors réalisé qu'une exo-Io pouvait être sur une orbite stable pendant des milliards d'années autour d'une Jupiter chaude malgré l'attraction gravitationnelle de l'étoile hôte particulièrement proche. Des chercheurs avaient déjà réalisé aussi que la présence d'une grande quantité de sodium à grande distance de l'exoplanète pouvait s'expliquer par la présence d'une exo-Io, mais également aussi par un simple anneau ionisé.

Dans le cas de WASP-49b, les observations et les calculs penchent pour le moment en faveur de la première hypothèse mais le dernier mot à ce sujet n'est peut-être pas encore dit. D'autres exoplanètes examinées par le chercheur et ses collègues présentent des signes de la présence de possibles exo-Io mais ils sont moins convaincants. Dans tous les cas, « nous devons trouver plus d'indications », reconnait Apurva Oza.

  • Il semble raisonnable de penser que la formation des systèmes planétaires contenant des Jupiter chaudes a aussi doté ces exoplanètes d'exolunes.
  • On pense en avoir peut-être découvert une indirectement autour de WASP 49-b.
  • Il s'agirait de l'équivalent de Io, la lune volcanique de Jupiter.
  • Cette exo-Io serait responsable de la présence à hautes altitudes autour de WASP 49-b d'un gaz chaud d'atomes de sodium neutres.
  • Tout en étant en orbite autour d'une étoile, l'exoplanète Corot-7b ressemblerait aussi à Io la volcanique.
Pour en savoir plus

L'exoplanète Corot-7b ressemblerait à Io la volcanique

Article de Laurent Sacco publié le 15/01/2010

Selon un groupe d'astrophysiciens, l'exoplanète Corot-7b pourrait bien ressembler davantage à une super Io qu'à une super Terre. La grande proximité de son étoile hôte impliquerait des effets de marée très importants même avec une orbite très faiblement elliptique, ce qui, tout comme la lune de Jupiter, ferait fondre une partie de son intérieur.

Lorsque les astronomes ont découvert Corot-7b, une planète rocheuse de masse 4,8 +/- 0,8 MTerre et de rayon 1,7 +/- 0,1 RTerre, il était clair que l'on avait affaire à une super Terre inhabitable. En effet, cette exoplanète qui tourne autour d'une étoile située à 480 années-lumière de la Terre ne met qu'une vingtaine d'heures pour boucler son orbite dont le rayon est de 2,5 millions de kilomètres seulement. Cette proximité de l'étoile a deux conséquences.

Non seulement la température de surface doit être très chaude en plein jour mais des effets de marée intenses ont très probablement synchronisé sa rotation sur elle-même avec sa rotation orbitale. La face éclairée en permanence est donc très chaude (1.500 à 2.300°C), au point que sa surface est constituée d'un océan de roches fondues. En revanche, sa face plongée perpétuellement dans la nuit doit être très froide, avec des températures probablement inférieures à -80°C.

Selon des chercheurs comme Rory Barnes, les conditions doivent être encore plus infernales qu'on ne l'imaginait. D'après les calculs que lui et ses collègues ont effectués, et qui viennent d'être publiés sur arXiv, les mêmes forces de marée responsables de la rotation synchrone probable de la super Terre doivent provoquer une activité volcanique importante sur la planète si son orbite s'écarte très légèrement d'un cercle. Il suffirait d'une orbite elliptique avec une différence de seulement 250 kilomètres entre les demis grands axes. Or, la présence d'un corps perturbateur, Corot-7c, rend cette situation possible.

On n'aurait alors affaire non à une super Terre mais bien à une super Io.

Une excellente vidéo sur Io, la lune volcanique de Jupiter. © Derek Harrigan

La lune de Jupiter est le siège d'une activité volcanique importante qui remodèle en permanence sa surface comme le prouve la quasi absence de cratères et les images d'éruptions fournies par les sondes ayant exploré les mondes découverts par Galilée. Les mouvements de déformation de Io causés par les forces de marée de Jupiter et ses autres lunes produisent de la chaleur dans Io et certains pensent même qu'une grande partie de son intérieur est fondue.

On connaît plus de 400 volcans à la surface de Io et des fontaines de laves aussi impressionnantes que celles que l'on connaît à Hawaï ont même été photographiées. Le phénomène de chauffage sous l'action de marées doit probablement opérer sur Europe. Cette autre lune de Jupiter, bien connue elle aussi, est couverte d'une banquise. Elle possède vraisemblablement un océan d'eau liquide qui pourrait abriter la vie, comme l'avait imaginé Arthur Clarke dans son célèbre roman 2010 : Odyssée 2.

Dans le cas de Corot-7b, si les chercheurs ont raison, le volcanisme doit être bien plus puissant et spectaculaire que sur Io. Si jamais l'Humanité atteignait une telle planète, des Maurice et Katia Krafft y filmeraient certainement des phénomènes volcaniques incomparablement plus dantesques que ceux que les deux volcanologues français ont légués à la postérité.

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