Sur WASP-121 b, une exoplanète de type Jupiter chaud, il fait chaud. Plus chaud que chaud. Le résultat d’une orbite très proche d’une étoile hôte brillante et elle-même chaude. Mais aussi, selon une récente étude, de métaux lourds qui s’échappent de la haute atmosphère de la planète.

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WASP-121 b, c'est une exoplanèteexoplanète découverte en 2015, à environ 850 années-lumièreannées-lumière de notre Système solaireSystème solaire, quelque part dans la constellationconstellation de la Poupe. Une planète de type Jupiter chaude connue notamment pour l'eau qui a été détectée dans son atmosphèreatmosphère. Elle constitue d'ailleurs une cible idéale pour les investigations du futur télescope spatial James-Webbtélescope spatial James-Webb, lui qui scrutera l'infrarougeinfrarouge à la recherche d'eau et de dioxyde de carbonedioxyde de carbone.

Mais dans le cadre de Panchromatic Comparative Exoplanet Teasury (PanCET) - la première étude comparative à grande échelle de mondes lointains dans les domaines de l'ultravioletultraviolet, du visible et de l'infrarouge lancée sur le télescope spatial Hubble -, WASP-121 a réservé une autre surprise aux astronomesastronomes. À la recherche de signatures spectrales de magnésiummagnésium et de ferfer dans la lumière des étoiles filtrant à travers l'atmosphère de l'exoplanète, ils ont fait une observation étonnante.

Pour la toute première fois, un flux de gazgaz de métaux lourds a été observé s'échappant de la planète. En principe, les planètes chaudes de la taille de Jupiter restent suffisamment froides à l'intérieur pour condenser ces éléments lourds en nuagesnuages. Mais WASP-121 b orbiteorbite tellement près de son étoileétoile que la température de sa haute atmosphère atteint plus de 2.500 °C. Pas moins de dix fois plus que dans n'importe quelle autre atmosphère connue.

WASP-121 b orbite tellement près de son étoile, qu’elle menace de se déchirer sous l’effet de la gravité. Et qu’elle a pris la forme d’un ballon de football américain. © J. Olmsted (STScl), Nasa, Esa
WASP-121 b orbite tellement près de son étoile, qu’elle menace de se déchirer sous l’effet de la gravité. Et qu’elle a pris la forme d’un ballon de football américain. © J. Olmsted (STScl), Nasa, Esa

Un phénomène étonnamment net

Ainsi ce serait essentiellement la lumière ultraviolette (UV) du soleilsoleil de cette étonnante exoplanète, un soleil plus chaud et plus brillant que le nôtre, qui réchaufferait sa haute atmosphère pour permettre aux métauxmétaux lourds de s'échapper. « Et ces métaux rendent l'atmosphère plus opaque aux UV, ce qui contribue encore au réchauffement de la haute atmosphère », explique David Singer, chercheur à l'université Johns Hopkings de Baltimore (États-Unis).

Nous avons été surpris par la clarté des données

« Nous espérions avoir la chance d'observer ce phénomène sur cette planète que nous savons extrême. Mais nous avons été surpris par la clarté des données et par la présence de métaux lourds aussi loin de la planète. WASP-121 b est en train de se dépouiller activement de son atmosphère. »

Ce résultat apporte quelques éléments supplémentaires à la compréhension de la façon dont les planètes perdent leurs atmosphères primordiales. Lorsqu'elles se forment en effet, les planètes s'entourent d'une atmosphère faite essentiellement d'hydrogènehydrogène et d'héliumhélium, les éléments les plus abondants de l'UniversUnivers. Une atmosphère qu'elles ont tendance à perdre lorsqu'elles se rapprochent de leur étoile. « Dans le cas de WASP 121 b, l'hydrogène et l'hélium gazeux s'échappent, entraînant avec eux des métaux lourds. Un mécanisme original de perte de massemasse », conclut David Singer.


Kelt-9b, l'exoplanète aussi chaude qu'une étoile

Gazeuse, presque trois fois plus massive que Jupiter, Kelt-9b est aussi très chaude. Avec 4.300 °C, la température à sa surface dépasse celle des étoiles de type naine rougenaine rouge. Sous le feufeu du rayonnement de son étoile, bleue et très chaude elle aussi, la géante est probablement en train de s'évaporer, estiment les chercheurs qui l'ont étudiée.

Article de Xavier DemeersmanXavier Demeersman paru le 07/06/2017

À gauche, l’étoile Kelt-9. À droite, Kelt-9b, la géante gazeuse la plus chaude jamais découverte. © Nasa, JPL-Caltech
À gauche, l’étoile Kelt-9. À droite, Kelt-9b, la géante gazeuse la plus chaude jamais découverte. © Nasa, JPL-Caltech

L'exoplanète Kelt-9b n'est pas vraiment une terreterre d'accueil. L'équipe d'astronomes qui l'a découverte avec le télescope du programme Kelt (Kilodegree Extremely Little Telescope), basé à l'observatoire Winer en Arizona, la décrit comme une Jupiter chaude, et même très chaude. « C'est la planète géanteplanète géante la plus chaude jamais découverte » témoigne Scott Gaudi, professeur à l'Ohio State University et auteur principal de l'étude publiée dans la revue Nature (la découverte a aussi été présentée ce week-end lors des rencontres d'été de l'American Astronomical Society).

La planète, environ 2,8 fois plus massive que notre Jupiter, ne met qu'un jour et demi pour boucler un tour autour de son étoile, Kelt-9. Son orbite a la particularité d'être perpendiculaire à l'équateuréquateur de l'étoile. Sa rotation est synchronisée avec sa révolution, à l'image de la LuneLune avec la Terre. Autrement dit, une moitié d'elle regarde en permanence l'astreastre autour de laquelle elle est née il y a 300 millions d'années, tandis que l'autre est constamment privée de lumière.

Les astronomes estiment qu'il fait approximativement 4.300 °C sur son côté jour. Soit une température plus élevée que celle qui règne à la surface des étoiles les plus nombreuses de la galaxiegalaxie, les naines rouges et les naines brunesnaines brunes. Toutefois, la planète est loin d'égaler son astre-parent, brûlant (entre 6.700 et 10.000 °C), une étoile bleue de type A comparable à la célèbre SiriusSirius, la plus brillante du ciel terrestre.


Animation de la Jupiter chaude Kelt-9b en orbite autour de son étoile. Les astronomes qui l’ont découverte pensent que son atmosphère est en train de s’effilocher. © Nasa, JPL-Caltech

Une planète constamment bombardée d’ultraviolet

Le diamètre de la géante gazeusegéante gazeuse est difficile à déterminer. Les chercheurs pensent que le puissant ventvent stellaire fait gonfler son atmosphère, voire la souffle comme les aigrettesaigrettes d'un pissenlitpissenlit... Ils n'excluent pas d'ailleurs qu'elle se volatilise et s'étire sur des millions de kilomètres, comme une queue de comètequeue de comète. Une grosse comète.

Les propriétés de son atmosphère ne sont pas bien connues mais dans ces conditions, la face éclairée, constamment bombardée par un rayonnement ultraviolet, est impropre à conserver des moléculesmolécules comme l'eau, le dioxyde de carbone ou encore le méthane. En revanche, spéculent-ils, c'est peut-être le cas dans sa partie nocturnenocturne, plus abritée du redoutable rayonnement de l'étoile toute proche. Mais ce serait alors de façon temporaire.

« Les perspectives à long terme pour la vie ou l'immobilier sur Kelt-9b ne sont pas bonnes. »

Quoi qu'il en soit, on est loin d'un monde habitable, sans parler qu'en dépit de son jeune âge (300 millions d'années) relativement au Soleil, l'étoile approche déjà de sa fin. Il ne lui reste plus que quelques centaines de millions d'années avant de devenir une géante rouge.

« Les perspectives à long terme pour la vie ou l'immobilier sur Kelt-9b ne sont pas bonnes » ironise Keivan Stassun, de l'université Vanderbilt dans le Tennessee, qui a cosigné ces recherches. De toute façon, ce n'est pas exactement ce qu'ils recherchaient. La chasse aux planètes rocheusesplanètes rocheuses dans les zones habitables d'étoiles sont plutôt l'apanage d'autres télescopes, mieux dotés en sensibilité et en résolutionrésolution. Les télescopes Kelt (il y en a un dans chaque hémisphère), au contraire, se concentrent plutôt sur des millions d'étoiles brillantes. Une par une et en basse résolution. Ici, les astronomes veulent surtout mieux comprendre la formation des planètes autour de ce type d'étoiles chaudes et massives.

À présent, l'équipe souhaiterait regarder Kelt-9b d'un peu plus près à travers les yeuxyeux des télescopes spatiaux Hubble et SpitzerSpitzer, voire le James Webb dont le lancement est prévu en 2018. « Grâce à la chaleurchaleur aussi élevée qu'une étoile de cette planète, c'est une cible exceptionnelle à observer dans toutes les longueurs d'ondelongueurs d'onde, de l'ultraviolet à l'infrarouge, lors de transitstransits et d'éclipses, a commenté le coauteur Knicole Colon. De telles observations nous permettront d'avoir une vision aussi complète que possible de son atmosphère pour une planète hors de notre Système solaire. »