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Le premier spectre direct d'une exoplanète au VLT

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Ce n'est pas la première fois que l'on analyse l'atmosphère d'une exoplanète géante mais c'est la première fois qu'on le fait de façon directe et depuis le sol. Obtenue grâce à l'instrument NACO du VLT, cette performance est de bon augure pour la découverte d'une vie extraterrestre dans moins de 10 ans.

Même Arthur Clarke dans ses romans montrant les premières décennies du 21ième siècle n'avait pas imaginé la découverte de plusieurs centaines d'exoplanètes. Alors que l'on a commencé à les repérer depuis une quinzaine d'années, les astrophysiciens obtiennent sur elles de plus en plus d'informations. Ils parviennent même, aujourd'hui, à analyser la composition chimique de leurs atmosphères.

Après 5 heures de pause, le spectre de l'atmosphère de la planète orbitant autour de l'étoile HR 8799 a pu être obtenu. Sur cette image l'étoile se trouve au centre avec sa tâche de diffraction associée et la planète géante observée se trouve dans le cercle jaune. Crédit : ESO/M. Janson

Si leur détection a commencé au sol, c'est surtout avec des instruments dans l'espace comme Spitzer et Hubble que les premières analyses spectroscopiques des atmosphères de planètes gazeuses géantes ont été effectuées. Mais récemment, les télescopes au sol on commencé à rattraper leurs grands frères dans l'espace.

Toutefois, il ne s'agissait que d'analyses effectuées indirectement en comparant les flux de photons lors de du transit planétaire avec les flux de photons de l'étoile hôte. C'est donc une grande première que viennent d'effectuer les astronomes en analysant cette fois ci directement la composition d'une géante gazeuse depuis le sol et sans attendre de transit. C'est l'instrument NACO du VLT de l'Eso, observant dans l'infrarouge, qui a permis d'obtenir des renseignements sur l'une des géantes orbitant autour de l'étoile HR 8799 située à 129 années-lumière dans la constellation de Pégase (un article sur arXivest disponible).

HR-8799 et son système planétaire, vu par le télescope de 8,1 mètres Gemini Nord. En bas à droite, la barre indique une distance de 20 fois celle de la Terre au Soleil, c'est-à-dire 20 Unités Astronomiques. Crédit Université de Toronto

Remarquablement, le système de HR 8799 ressemble à notre propre Système solaire, en plus jeune. L'étoile, âgée d'environ 60 millions d'années, n'est que 1,5 fois plus massive que le Soleil. Autour d'elle tournentn trois planètes géantes dont les rayons des orbites sont répartis entre 20 et 70 unités astronomiques, pour des masses comprises entre 7 et 10 fois la masse de Jupiter. Mieux, on détecte aussi la présence de deux ceintures d'astéroïdes qui font penser à celle qui se trouve au-delà de Mars et à celle dite de Kuiper. Autant dire que l'on est en présence d'un joli laboratoire pour tester du matériel et des concepts destinés à partir à la chasse à des exoterres où une vie comparable à celle de notre biosphère pourrait s'être développée.

Pour le moment, les informations obtenues concernent la deuxième géante gazeuse en partant de l'étoile HR 8799. La température semble y être d'au moins 800°C, ce qui est bien peu compatible avec la vie telle que nous la connaissons mais peut-être existe-t-il en orbite autour d'elle une exolune plus accueillante ou autour de la troisième géante. Peut-être une exoterre habitable, encore non détectée, tourne-t-elle plus près de l'étoile.

Ce n'est qu'un premier pas vers la possible détection de biosignatures depuis le sol, comme des quantités anormalement élevées d'oxygène dans l'atmosphère d'une exoterre. Déjà en 2011, l'instrument Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet Research (Sphere), le futur imageur à haute dynamique du Very Large Telescope permettra d'en savoir plus sur les géantes gazeuses qu'il sera capable d'imager directement tout en fournissant des analyses spectrales révèlant la composition chimique de leur atmosphère.

Les performances attendues dépasseront celles actuelles du VLT, qui sont déjà spectaculaires. En effet, analyser directement la lumière de la géante gazeuse équivaut à étudier le spectre d'une bougie située à deux kilomètres de distance et, qui plus est, installée à côté d'une lampe de 300 watts. On sait déjà cependant que les caractéristiques observées dans le spectre de la géantes défient les modèles théoriques en vigueur. Les chercheurs en concluent que soit une description plus détaillée des nuages de poussière atmosphérique est nécessaire, soit la planète possède une atmosphère dont la composition chimique est différente de ce qui était précédemment supposée.

Il semble probable que les premières détections de biosignatures ne seront pas fait depuis le sol mais depuis l'espace. L'Esa devrait lancer d'ici 2025 les instruments du projet Darwin qui est spécialement conçu pour cela.

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