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Première analyse de la composition de l'atmosphère d'une exoplanète

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C'est un exploit inattendu que vient de réussir le satellite d'observation en infra-rouge de la NASA, Spitzer : l'obtention du premier spectre de l'atmosphère d'une exoplanète ! La détection d'oxygène, et même de chlorophylle dans l'atmosphère d'une exoplanète de type terrestre, pourrait bien se produire plus tôt que prévue !

Représentation d'artiste d'un Jupiter chaud ( Crédit : NASA )

Une équipe française, menée par Alfred Vidal-Madjar, avait déjà réussi à détecter de l'oxygène, du carbone, de l'hydrogène et du sodium en provenance de l'atmosphère d'un Jupiter chaud, HD 209458b, à l'aide du télescope Hubble. Mais il ne s'agissait pas de la mesure directe du spectre de l'atmosphère de cette planète en train de s'évaporer à cause de sa trop grande proximité avec son étoile. L'obtention d'un tel spectre avec Spitzer semblait impossible à beaucoup mais deux équipes, menées par Jeremy Richardson du Goddard Space Flight Center et Carl Grillmair du California Institute of Technology, ont pourtant décidé de s'atteler à la tâche. Surprise ! Alors que ses concepteurs ne l'avaient pas prévu, Spitzer s'est effectivement révélé tellement performant que le spectre a pu être obtenu sans trop de difficultés. C'est un résultat spectaculaire, car une telle mesure n'était pas attendue avant des années !

Comment ont-ils fait ?

On connaît actuellement à peu près 200 exoplanètes. Parmi celles-ci, 14 sont particulièrement intéressantes car leurs orbites les conduisent à être éclipsées périodiquement par leurs étoiles. La technique est alors simple. Il suffit de mesurer le spectre du système étoile+planète puis le spectre de l'étoile lorsqu'elle éclipse sa planète. Dans la partie infra-rouge du spectre, la différence de luminosité entre les deux astres est la plus faible. En soustrayant du premier spectre le second, il est alors possible d'extraire le spectre de l'atmosphère de l'exoplanète. C'est donc ce qui vient d'être fait, précisément pour HD 209458b, et HD 189733b.

Technique du transit planétaire pour l'obtention du spectre grâce à une éclipse ( Crédit : NASA )

Comme toujours avec les exoplanètes, les planétologues théoriciens sont tombés à la renverse ! Non seulement elles orbitent en quelques jours autour de leurs étoiles, ne présentent qu'un très faible écart de température entre la face diurne et la face nocturne, mais voilà maintenant qu'il n'y aurait aucune trace d'eau dans leurs couches supérieures alors que ces planètes doivent nécessairement en posséder de grandes quantités à l'état de vapeur ! Par contre, le spectre donne des indications sur la présence de silicates. En clair, cela veut dire que les couches supérieures seraient composées de nuages de fins grains de poussières semblables à ceux provenant du sable. C'est seulement en dessous que devraient se trouver les couches possédant des molécules d'eau. Aucune planète dans notre système solaire ne possède ce type d'atmosphère !

spectre infra-rouge de HD 189733b
Spectre infra-rouge de HD 209458b
Spectre infra-rouge de HD 209458b montrant la présence de Silicate avec la liaison SiO

Les analyses n'en sont encore qu'à leurs débuts, et ces planètes sont situées à moins de 200 années-lumière de la Terre. C'est un formidable encouragement pour les planétologues, car la prochaine génération de télescopes chargés de détecter, non plus des géantes gazeuses mais des planètes telluriques ressemblant à la Terre, pourrait bien révéler dans un proche avenir qu'il existe de la vie dans la banlieue de notre système solaire. L'application d'une technique similaire mettant en évidence une quantité anormalement élevée d'oxygène, et pourquoi pas de la chlorophylle dans l'atmosphère d'une de ces planètes, en serait sans nul doute la preuve !

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