La face cachée d'une exoplanète pour la première fois révélée en détails

C'est une des exoplanètes les plus connues et les plus étudiées par les scientifiques : WASP-121b, classée comme planète de type Jupiter chaud (légèrement plus massive que JupiterJupiter pour près de deux fois sa taille), est la première exoplanète sur laquelle une atmosphèreatmosphère en partie composée de vapeur d'eau avait été identifiée. Du fait de son extrême proximité à son étoile, -- elle complète une orbite en seulement 30 heures --, WASP-121b est verrouillée par effet de marée : réalisant une orbite au même rythme qu'elle tourne sur elle-même, la planète a une face perpétuellement exposée à son étoile (une face « jour » où les températures peuvent atteindre les 3.000 K), tandis que la face opposée est plongée dans une obscurité permanente. 

Le télescope spatial Hubble en renfort pour observer la face cachée

Bien que des données spectroscopiques aient déjà été recueillies sur la face éclairée de WASP-121b, permettant entre autres la détection de vapeur d'eau, la face cachée demeurait méconnue : environ 10 fois plus sombre que la face « jour », les mesures du peu de lumière que la face « nuit » nous renvoie nécessitent des outils d'observation de haute précision. L'équipe a ainsi fait appel au télescope spatial Hubble, et plus particulièrement à son spectroscopespectroscope, pour réaliser des mesures sur la face cachée durant deux orbites. L'utilisation d'un spectroscope permet ici de mesurer l'intensité de la lumière reçue en fonction de la longueur d'ondelongueur d'onde, apportant ainsi de précieux indices sur la composition de l'atmosphère. 

Et la combinaison des mesures sur les faces « jour » et « nuit » permet pour la première fois une visualisation globale du système que représente l'atmosphère de l’exoplanète, offrant aux scientifiques la possibilité de réaliser divers modèles pour comprendre ses grandes propriétés physiquesphysiques et les grands processus qui la gouvernent. En traquant les concentrations de vapeur d’eau en fonction de l'altitude, l'équipe a été en mesure de reconstruire des profils de température pour les deux faces : ainsi, la face éclairée aurait une température grimpant jusqu'à 3.500 K pour les couches atmosphériques les plus hautes, et descendant aux alentours de 2.500 K pour les altitudes les plus profondes observables ; du côté « nuit », la température semble à l'inverse augmenter avec la profondeur, avec des températures allant de 1.500 K, pour les couches les plus élevées, à 1.800 K pour les couches les plus profondes. 

 Carte de température détaillée des conditions atmosphériques nocturnes d'une Jupiter chaude WASP-121 b. © Max-Planck-Institut für Astronomie 

Une atmosphère très exotique

À partir de ces profils de température, les scientifiques ont pu modéliser les espèces chimiquesespèces chimiques les plus susceptibles d'être présentes dans l'atmosphère de WASP-121b, ainsi que certains processus qui y prennent place, comme son cycle de l'eau, bien plus intense que sur Terre : sur la face éclairée, les atomesatomes constituant les moléculesmolécules d'eau sont séparés sous des températures supérieures à 3.000 K, puis sont envoyés vers la face cachée, du fait du gradientgradient de température entre les deux faces. Les atomes d'hydrogènehydrogène et d'oxygèneoxygène se réassemblent sous les conditions plus clémentes de la face « nuit », puis sont de nouveau envoyés vers la face éclairée, le tout grâce à des ventsvents atteignant des vitessesvitesses de 5 kilomètres par seconde.

Mais l'eau ne serait pas la seule à circuler dans les tumultes de cette atmosphère : les astronomesastronomes ont également découvert que la face obscure était assez froide pour abriter des nuagesnuages composés d'éléments métalliques, ou même de corindon -- la forme cristallineforme cristalline de l'oxyde d'aluminiumoxyde d'aluminium qui peut parfois former, sur Terre, des rubis lorsqu'elle est mélangée à des traces d'autres métauxmétaux. Ainsi, l'équipe de scientifiques s'avance même à imaginer d'éventuelles pluies de gemmesgemmes liquidesliquides provenant des nuages de l'atmosphère de WASP-121b, lors de leur parcours entre les deux faces. 

Pour encore mieux approfondir leurs nouvelles découvertes, l'équipe a déjà réservé plusieurs créneaux pour observer de nouveau l'atmosphère de WASP-121b, mais cette fois-ci avec le télescope spatialtélescope spatial James-Webb, et espère pouvoir y cartographier un éventuel cycle du monoxyde de carbonemonoxyde de carbone. Ces observations pourraient entre autres permettre de mieux comprendre les conditions de formation de ce type d'exoplanètes.