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Des Jupiter chaudes cacheraient leur eau sous leur atmosphère

ActualitéClassé sous :Jupiter chaud , exoplanètes , Transits planétaires

Parmi les Jupiter chaudes découvertes en 20 ans, seules quelques rares études ont permis d'en savoir plus sur leur atmosphère. Ces recherches, encore à leurs balbutiements, ont montré que certaines d'entre elles présentaient une abondance d'eau plus faible que prévu, contrariant les modèles. Une équipe internationale a passé au crible un échantillon de dix Jupiter chaudes et apporte enfin une solution à cette énigme : l'eau serait parfois dissimulée par l'atmosphère, qui diffère beaucoup d'une exoplanète à l'autre.

Interview : qu'est-ce qu'une exoplanète ?  La question des exoplanètes est très ancienne en astronomie. Leur existence est pour la première fois attestée de façon indirecte dans les années 1990. Futura-Sciences a rencontré Jean-Pierre Luminet, astrophysicien de renom, afin qu’il nous parle plus en détail de ce passionnant sujet. 

Parmi les quelque 2.000 exoplanètes recensées en 20 ans (2.031 pour Exoplanet.eu et 1.916 pour PlanetQuest de la Nasa), 1.116 au minimum sont des Jupiter chaudes à l'instar de la première de la liste, 51 Pegasi b, débusquée en 1995. Aussi grosses et massives (ou plus) que notre Jupiter, ces planètes ont la particularité de graviter très près de leur étoile hôte, à quelques millions de km seulement. Aussi, leur période orbitale n'est que de quelques jours, et non une douzaine d'années comme notre planète géante ! Ce fut une véritable surprise, il y a 20 ans. Les astronomes misaient en effet davantage sur la découverte de systèmes extrasolaires comparables au nôtre, où les planètes géantes circulent à plusieurs centaines de millions de km de leur étoile. Il a bien fallu se rendre à l'évidence et s'habituer, étant donné le grand nombre de cas détectés depuis. Il y a cependant d'un biais observationnel car leur présence se signale beaucoup plus facilement que celle de petites planètes plus éloignées, si bien que l'on pourrait penser, à tort, que cette catégorie de poids lourds domine la population globale (galactique) d'exoplanètes.

Leur grande proximité avec leurs soleils, qui peut les rendre difficiles à observer à cause de l'excès de luminosité, peut aussi être un atout pour les chercheurs qui souhaitent caractériser l'atmosphère des autres mondes. Avec Hubble, plusieurs équipes ont d'ores et déjà profité du passage de quelques-unes d'entre elles devant leur étoile (transit) pour sonder leurs couches supérieures. Leurs recherches posent toutefois une énigme : certaines Jupiter chaudes présentent une abondance d'eau plus faible que ce que les modèles prédisent...

Illustration de HD 209458b, surnommée Osiris, la première exoplanète découverte par transit et une des toutes premières observées directement par spectroscopie. Hubble et Spitzer ont révélé la présence dans son atmosphère de gaz carbonique, de méthane et de vapeur d’eau. Elle gravite en 3,5 jours seulement autour de son étoile. © Nasa, JPL-Caltech, T. Pyle (SSC)

Deux hypothèses pour expliquer ce manque d’eau

Pour les astronomes, ce problème de manque d'eau pourrait trouver une explication par une pénurie de la molécule dans les nébuleuses primitives où se sont formées les planètes, « mais cela nous obligerait à repenser complètement nos théories actuelles sur la façon dont les planètes sont nées » a déclaré Jonathan Fortney, de l'université de Californie, qui a cosigné une étude sur les atmosphères d'un échantillon de dix Jupiter chaudes.

Pour son enquête, une équipe internationale a donc scruté l'enveloppe gazeuse de dix candidates (WASP-12b, WASP-6b, WASP-31b, WASP-39b, HD 189733b, HAT-P-12b, WASP-17b, WASP-19b, HAT-P-1b et HD 209458b) avec les télescopes spatiaux Hubble et Spitzer. Ils ont ainsi obtenu un large spectre dans le visible et l'infrarouge qui leur ont permis de comparer, d'un cas à l'autre, leurs tailles dans les deux longueurs d'onde. Les chercheurs ont pu constater une corrélation frappante entre manque d'eau dans les Jupiter chaudes et atmosphères plus nuageuses. En effet, certaines des planètes géantes qui affichent un rayon plus petit dans l'infrarouge - plus pénétrant - sont soupçonnées de détenir autant d'eau que le modèle le prévoit... mais celle-ci serait en réalité camouflée par une couche nuageuse supérieure. À l'inverse, la présence de l'eau se signale plus fortement pour les exoplanètes dont l'atmosphère apparaît « claire ».

« C'est la première fois que nous avons une couverture de longueurs d'onde suffisante pour comparer les multiples caractéristiques d'une planète à une autre, a commenté David Chantez, de l'université d'Exeter (Royaume-Uni), l'auteur principal de l'article publié dans Naturenous avons découvert que les atmosphères planétaires sont beaucoup plus diversifiées qu'attendu. » Cette diversité des genres observée depuis 1995 est une des grandes leçons que nous dispense la chasse aux exoplanètes, laquelle ne fait que commencer...

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Illustration des dix Jupiter chaudes dont les atmosphères ont été étudiées dans le visible et l’infrarouge avec les télescopes Hubble et Spitzer. Chacune présente des caractéristiques différentes témoignant de la grande variété de ces mondes qui gravitent très près de leur étoile. Les proportions sont respectées. La plus petite, HAT-P-12b, a une taille équivalente à celle de Jupiter. © Nasa, Esa