Lorsqu’en 1992 et 1995, des astronomes découvrent les deux premières exoplanètes, personne à l’époque n'imagine que trente ans plus tard, seraient recensées des milliers d’autres planètes d’une très grande variété et d’une diversité extraordinaire. Aujourd’hui, les observatoires sont en capacité d’observer les atmosphères de ces planètes avec à la clé des découvertes inattendues comme la détection de l'élément le plus lourd jamais décelé dans l'atmosphère d'une exoplanète.

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Lorsque les exoplanètesexoplanètes WASP-76 b et WASP-121 b sont découvertes, les astronomesastronomes les qualifient de JupiterJupiter ultra-chaudes, car leur taille est comparable à celle de Jupiter, mais leur température de surface est extrêmement élevée, dépassant les 1.000 °C. Cela est dû à la proximité de leur étoileétoile hôte, ce qui signifie également qu'une orbiteorbite autour de chaque étoile ne dure qu'un à deux jours seulement. Cela donne à ces planètes des caractéristiques plutôt exotiquesexotiques ; dans le cas de WASP-76 b, par exemple, les astronomes soupçonnent qu'il y pleut du ferfer !

Lors d'observations plus poussées de leur atmosphère avec l'instrument Expresso installé sur le VLTVLT, l'Observatoire européen austral au Chili, les astronomes ont découvert l'élément le plus lourd jamais trouvé dans l'atmosphère d'une exoplanète : le baryumbaryum. Ils ont été surpris de le découvrir à haute altitude dans l'atmosphère de ces deux géantes gazeusesgéantes gazeuses ultra-chaudes. Cette découverte inattendue soulève des questions sur la nature de ces atmosphèresatmosphères exotiques.

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La présence du baryum dans ces atmosphères est un mystère pour les astronomes

« Ce qui est curieux et contre-intuitif, c'est de comprendre pourquoi il y a un élément aussi lourd dans les couches supérieures de l'atmosphère de ces planètes », explique Tomás Azevedo Silva, doctorant à l'université de Porto et à l'Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IAIA) au Portugal, qui a dirigé l'étude publiée aujourd'hui dans Astronomy & Astrophysics.

Cette animation illustre la méthode de spectroscopie de transit que les astronomes utilisent pour étudier l'atmosphère des exoplanètes. Lorsque la planète passe devant son étoile, la lumière de l'étoile est filtrée par les éléments et les molécules de la couche gazeuse, ce qui modifie la lumière stellaire que nous observons ici sur Terre, et laisse une empreinte chimique unique dans le spectre observé. Les astronomes ont utilisé cette technique de transit pour découvrir du baryum, l'élément le plus lourd jamais détecté dans l'atmosphère d'une exoplanète, dans deux exoplanètes, WASP-76 b et WASP-121 b. © ESO

Toutefois, même ainsi, les scientifiques ont été surpris de trouver du baryum, qui est 2,5 fois plus lourd que le fer, dans les couches supérieures de l'atmosphère de WASP-76 b et WASP-121 b. « Étant donné la forte gravitégravité des planètes, nous nous attendrions à ce que les éléments lourds comme le baryum tombent rapidement dans les couches inférieures de l'atmosphère », explique le coauteur OlivierOlivier Demangeon, un chercheur également de l'Université de Porto et de l'IA.

Des exoplanètes bien plus étranges qu'on ne le pensait

« Il s'agissait en quelque sorte d'une découverte "accidentelle", précise Tomás Azevedo Silva. Nous ne nous attendions pas ou ne cherchions pas de baryum en particulier et nous avons dû vérifier par recoupement que cela provenait bien de la planète, car cela n'avait jamais été vu dans aucune exoplanète auparavant ».

Le fait que du baryum ait été détecté dans l'atmosphère de ces deux Jupiters ultra-chauds suggère que cette catégorie de planètes pourrait être encore plus étrange qu'on ne le pensait. Bien que nous ne voyions qu'occasionnellement du baryum dans notre propre ciel, comme la couleurcouleur vert brillant des feux d'artifice, la question pour les scientifiques est de savoir quel processus naturel pourrait provoquer la présence de cet élément lourd à des altitudes aussi élevées dans ces exoplanètes. « Pour l'instant, nous ne sommes pas sûrs des mécanismes en jeu », explique Olivier Demangeon.

Ces nouveaux résultats montrent que nous n'avons fait qu'effleurer la surface des mystères des exoplanètes. Grâce à de futurs instruments, tels que le spectrographe Andes (ArmazoNes high Dispersion Echelle Spectrograph), qui fonctionnera sur le futur télescope géant de l'ESO (ELTELT, ou aussi E-ELTE-ELT pour European Extremely Large Telescope), les astronomes pourront étudier les atmosphères des exoplanètes, grandes et petites, y compris celles des planètes rocheusesplanètes rocheuses semblables à la Terre, de manière beaucoup plus approfondie et recueillir davantage d'indices sur la nature de ces mondes étranges.