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De la vapeur d'eau détectée sur une exo-Neptune

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Après les premières analyses réussies des couches atmosphériques de quelques Jupiter chaudes, place aux exoplanètes de plus petites dimensions. En combinant les données acquises avec les télescopes spatiaux Hubble, Kepler et Spitzer, une équipe d'astronomes a repéré de la vapeur d'eau dans l'atmosphère de l'exo-Neptune HAT-P-11b, située à 124 années-lumière du Système solaire. Ils ont eu de la chance car il faisait beau, ce jour-là... sur l'exoplanète.

Illustration du transit de l’exo-Neptune HAT-P-11b devant son soleil. En analysant la lumière de l’étoile-hôte bloquée par l’exoplanète, les astronomes peuvent déduire la composition de son atmosphère. Si par chance, le temps est clair dans les couches supérieures de ce monde lointain, il est possible alors de détecter la présence éventuelle de molécules d’eau (partie orangée qui nimbe l’exoplanète). © Nasa, JPL-Caltech

Une nouvelle étape vient d'être franchie dans l'étude des exoplanètes, notamment dans le domaine de la caractérisation des atmosphères qui les enrobent. Rappelons que ces dernières années, les recherches dans ce domaine s'accentuent après que des astronomes réussirent à faire parler, pour la première fois, une poignée de Jupiter chaudes et déceler avec confiance la présence d'eau dans les couches supérieures de ces mondes gazeux. Il y a quelques semaines encore, autre première, une équipe démontrait avoir observé des nuages d’eau à la surface d’une naine brune, famille d'étoiles minuscules dont la masse est légèrement supérieure à celle de Jupiter...

À présent, dans un article publié dans la revue Nature, des chercheurs ont annoncé avoir découvert, à la faveur d'une météo clémente, la présence de vapeur d'eau dans les couches atmosphériques de HAT-P-11b, une planète deux fois plus petite que Jupiter. « Cette découverte est une borne significative sur la route vers l'analyse éventuelle de la composition atmosphérique de planètes plus petites et rocheuses comme la Terre » a commenté l'administrateur adjoint du bureau des missions scientifiques de la Nasa, John Grunsfeld. En effet, qualifiée d'exo-Neptune (environ 4 fois plus grande que la Terre), cette planète est la plus petite jamais étudiée pour la caractérisation de son atmosphère.

L’atmosphère de HAT-P-11b, comme si on y était. La partie gauche de l’illustration montre la haute atmosphère de cette exoplanète de taille équivalente à Neptune avec un amoncellement de nuages. À droite, la même région, cette fois par temps clair. Grâce à cette belle météo, les astronomes ont pu déceler la vapeur d’eau présente dans les couches inférieures. © Nasa, JPL-Caltech

Puissance combinée des télescopes spatiaux

Découverte en 2009 lors de ses transits devant son étoile HAT-P-11 (constellation du Cygne), de type naine orange située à quelque 124 années-lumière de nous, cette exoplanète est considérée comme gazeuse avec un noyau solide, à l'instar d'Uranus ou de Neptune dans le Système solaire. Plutôt très proche de son soleil, HAT P-11b gravite autour en seulement cinq jours. Avec des températures en surface très élevées, il est exclu, bien entendu, d'y déceler des formes de vie.

L'équipe d'astronomes emmenée par Jonathan Fraine (université du Maryland) s'est donc focalisée sur plusieurs de ses passages afin d'étudier à travers le télescope spatial Hubble les signatures spectrales de molécules présentes dans son manteau de gaz rétroéclairé. Toutefois, précisent les chercheurs, il leur a fallu écarter les possibilités d'être induits en erreur par les taches sombres de l'étoile-hôte, car celles-ci sont susceptibles de refléter une présence de vapeur d'eau. Aussi ont-ils fait appel aux données acquises par le satellite Kepler et conduit des observations complémentaires dans l'infrarouge avec le télescope spatial Spitzer, afin de séparer le bon grain de l'ivraie. « Ces recherches ne sont possibles aujourd'hui que grâce aux capacités combinées de ces observatoires uniques et puissants » a d'ailleurs salué John Grunsfeld.

Percer les secrets des autres mondes

Le professeur Jonathan Fraine, principal auteur de cette étude, estime avoir eu beaucoup de chance en trouvant un ciel clair et dégagé sur ce monde lointain : « cela signifie que les nuages n'ont pas bloqué notre vue sur les molécules d'eau ». Plonger notre regard contribue à améliorer les modèles de formations planétaires. Ici ou ailleurs.

« Nous pensons que les exo-Neptune peuvent avoir diverses compositions qui reflètent l'histoire de leur formation, a expliqué Heather Knutson de l'institut de Technologie de Californie. Maintenant, avec ces données, nous pouvons commencer à reconstituer le récit des origines de ces mondes lointains. »

Bien sûr, les astronomes espèrent renouveler l'expérience ultérieurement avec d'autres candidats, de taille et de masse toujours plus modestes -- jusqu'à 10 fois la masse de notre planète -- telle les superterres« Nous voulons étendre nos connaissances à un large éventail d'exoplanètes » a déclaré Drake Deming qui a participé à ces recherches. « (...) Nous voulons être en mesure de choisir à l'avance les planètes avec des atmosphères claires et dégagées qui nous permettront de détecter des molécules » a poursuivi sa collègue Heather Knutson. Voilà une des nombreuses tâches qui attend le futur télescope spatial James Webb, dont le lancement est prévu en 2018. Ne vivons-nous pas une époque formidable ?

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