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Les superterres pourraient être plus pauvres en eau que prévu

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La Nasa vient de faire une annonce qui de prime abord sent le réchauffé. Ce n'est pas la première fois que Hubble détecte de l'eau dans l'atmosphère d'exoplanètes comme les géantes gazeuses Wasp 12b et HD 209458b. Mais les mesures sont devenues suffisamment précises pour entrer en conflit avec les modèles de formation et de migration des Jupiter chaudes. Elles sont plus pauvres en eau que prévu et cette conclusion pourrait s'étendre aux superterres.

Une vue d'artiste de HD 209458b la première géante gazeuse où l'on a découvert la présence de vapeur d'eau en 2007. Aujourd'hui on connait mieux la quantité d'H2O présente mais elle est plus faible qu'on ne le pensait. © Nasa, Esa, G. Bacon (STScI)

Pour autant que nous le sachions, la vie a besoin d'eau pour apparaître et se développer. Les exobiologistes doivent donc se doter des moyens pour détecter la présence d'eau sur une exoplanète avant de chercher à y détecter des biosignatures, voire des technosignatures. Avec ce programme en tête, les astronomes ont bien sûr tenté d'analyser la composition chimique de l'atmosphère des exoplanètes. Mais pour chercher la trace des molécules d'eau dans le spectre d'une de ces atmosphères, il faut placer un télescope en dehors de la nôtre, sans quoi le signal produit par la vapeur d'eau sur Terre va noyer celui en provenance d'un autre monde.

Une vue d'artiste de HD 209458b, alias Osiris, l'exoplanète découverte par Alfred Vidal-Madjar et ses collègues. C'est une Jupiter chaude en train de s'évaporer. © Our Universe Visualized, YouTube

Des Jupiter chaudes sous l'œil de Hubble et Spitzer

HD 209458b est sans doute l'une des exoplanètes les plus connues et les plus étudiées. On la désigne aussi sous le nom d'Osiris. Deux fois moins massive que Jupiter, elle tourne à 6,7 millions de kilomètres autour de HD 209458, une étoile très semblable à notre Soleil à 150 années-lumière de la Terre, en seulement 3,5 jours. HD 209458b a été repérée par la méthode des vitesses radiales. Mais très vite, les astronomes se sont aperçus que son orbite l'amenait à traverser la ligne de visée qui nous joint à son étoile. Il y a déjà 7 ans, une équipe d'astronomes avait analysé avec Hubble la lumière traversant l'atmosphère de l'exoplanète HD 209458b à l'occasion d'un transit devant son étoile hôte. La présence de molécule d'eau avait alors été établie.

Wasp 12b orbite en seulement un jour ou presque autour de Wasp 12, une étoile de type solaire située à environ 870 années-lumière dans la constellation du Cocher. Découverte grâce à SuperWasp (acronyme de Super Wide Angle Search for Planets), cette géante gazeuse a une masse d'environ 1,4 fois celle de Jupiter. Elle est à l'agonie, tellement chaude qu'elle s'évapore. Les observations de Spitzer en infrarouge montraient déjà la présence d'un peu de vapeur d'eau, de grandes quantités de monoxyde de carbone (CO) et surtout de méthane (CH4). Hubble a confirmé la présence de l'eau en 2013.

Une vidéo exposant les principes de la détection de l'eau par Hubble dans l’atmosphère des exoplanètes. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle avec deux barres horizontales en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître, si ce n'est pas déjà le cas. En passant simplement la souris sur le rectangle, vous devriez voir l'expression « Traduire les sous-titres ». Cliquez pour faire apparaître le menu du choix de la langue, choisissez « Français », puis cliquez sur « OK ». © NASA Goddard, YouTube

On n'est donc guère surpris de la publication sur arxiv d'un nouvel article portant sur la détection avec Hubble de molécules d'eau dans les atmosphères de HD 209458b, Wasp 12b et HD 189733b, une Jupiter chaude qui orbite en seulement 2,2 jours autour d'un soleil situé à 63 années-lumière de la Terre en direction de la constellation du Petit renard et où la présence d'eau avait déjà été établie en 2007 grâce aux observations de Spitzer.

Un précision record pour la mesure de l'abondance d'eau

La nouveauté est que la précision des mesures a augmenté à tel point que, dans le cas de HD 209458b, l'abondance en eau est mieux connue que celles de toutes les autres molécules détectées dans les atmosphères des autres exoplanètes. Cela a conduit les astrophysiciens à une conclusion déroutante pour les planétologues modélisant la formation des géantes gazeuses. Les trois Jupiter chaudes étudiées avec Hubble contiennent moins d'eau que prévu par les modèles d'accrétions. Ceux ordinairement étudiés font d'abord intervenir la formation d'un noyau rocheux dans un disque protoplanétaire à une bonne distance de l'étoile hôte, là où l'on trouve des poussières glacées, suivie d'une capture importante de gaz comme l'hydrogène et l'hélium. On devrait donc trouver des quantités non négligeables de molécules d'eau tout comme dans le cas des géantes du Système solaire.

Revoir la copie en ce qui concerne la formation des Jupiter chaudes pour expliquer ces observations pourrait avoir plusieurs conséquences. Selon l'un des auteurs de cette étude, l'astrophysicien Nikku Madhusudhan, bien connu pour ses travaux sur les exoplanètes carbonées« nous devrions nous préparer à l'idée que nous allons découvrir que les superterres contiennent moins d'eau que nous ne le pensions ».

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