Dans une première, JWST confirme une atmosphère sur une exoplanète rocheuse
Des observations marquantes du télescope spatial James Webb révèlent des signes d’une atmosphère sur la super-Terre inhospitalièrement chaude 55 Cancri e
Un concept artistique de l’exoplanète rocheuse 55 Cancri e, basé sur des mesures du télescope spatial James Webb de la NASA et d’autres observatoires, qui suggère que le monde possède une atmosphère importante et riche en carbone.
NASA, ESA, ASC, Ralf Crawford (STScI)
Les astronomes affirment avoir utilisé le télescope spatial James Webb (JWST) pour détecter pour la première fois une atmosphère entourant une planète rocheuse en dehors du système solaire. Bien que cette planète ne puisse pas supporter la vie telle que nous la connaissons, en partie parce qu’elle est probablement recouverte par un océan de magma, les scientifiques pourraient en tirer des leçons sur les débuts de l’histoire de la Terre – qui est également une planète rocheuse et qui était autrefois en fusion.
La découverte d’une enveloppe gazeuse autour d’une planète semblable à la Terre est une étape importante dans la recherche sur les exoplanètes, explique Sara Seager, planétologue au Massachusetts Institute of Technology de Cambridge, qui n’a pas participé à la recherche. La mince atmosphère de la Terre est cruciale pour le maintien de la vie, et être capable de repérer des atmosphères sur des planètes telluriques similaires constitue une étape importante dans la recherche de la vie au-delà du système solaire.
La planète étudiée par JWST, appelée 55 Cancri e, orbite autour d’une étoile semblable au Soleil à 12,6 parsecs et est considérée comme une super-Terre, une planète terrestre un peu plus grande que la Terre – dans ce cas, avec environ deux fois le rayon de la Terre et plus de huit fois plus lourd. Selon un article publié aujourd’hui dans Natureson atmosphère est probablement riche en dioxyde de carbone ou en monoxyde de carbone et a une épaisseur qui représente « jusqu’à quelques pour cent » du rayon de la planète.
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Une planète mystérieuse
Une autre raison pour laquelle 55 Cancri e est inhabitable est qu’elle est très proche de son étoile, soit environ un soixante-cinquième de la distance entre la Terre et le Soleil. Et pourtant, « c’est peut-être la planète rocheuse la plus étudiée », déclare Aaron Bello-Arufe, astrophysicien au Jet Propulsion Laboratory (JPL) de Pasadena, en Californie, et co-auteur de l’article. Son étoile hôte est brillante dans notre ciel nocturne et, comme elle est grande pour une planète rocheuse, elle est plus facile à étudier que d’autres planètes en dehors du système solaire. « Tous les télescopes ou instruments auxquels vous pouvez penser en astronomie ont pointé vers cette planète à un moment donné », explique Bello-Arufe.
55 Cancri e a été si bien étudié qu’après JWST lancé en décembre 2021, les ingénieurs ont pointé les spectromètres infrarouges de l’observatoire vers lui pour des tests. Ces instruments peuvent détecter les empreintes chimiques des gaz tourbillonnant autour des planètes lorsqu’ils absorbent les longueurs d’onde infrarouges de la lumière des étoiles. Bello-Arufe et ses collègues décidèrent alors de creuser plus profondément pour confirmer si la planète possédait une atmosphère.
Avant les dernières observations, les astronomes avaient changé d’avis il y a environ 55 ans une myriade de fois. La planète a été découverte en 2004. Au début, les chercheurs pensaient qu’il s’agissait probablement du noyau d’une géante gazeuse semblable à Jupiter. Mais en 2011, le télescope spatial Spitzer a observé la planète alors qu’elle passait devant son étoile, et les chercheurs ont découvert que 55 Cancri e est en fait beaucoup plus petite et plus dense qu’une géante gazeuse, ce qui en fait une super-Terre rocheuse.
Quelques années plus tard, des chercheurs ont remarqué que 55 Cancri e était plus froide qu’elle n’aurait dû l’être pour une planète si proche de son étoile, ce qui indique qu’elle possède probablement une atmosphère. Une hypothèse était que la planète est un « monde aquatique » enveloppé de molécules d’eau supercritiques ; une autre était qu’il est entouré d’une vaste atmosphère primordiale composée principalement d’hydrogène et d’hélium. Mais ces idées ont finalement été réfutées.
Une planète si proche de son étoile serait bombardée par des vents stellaires et aurait du mal à retenir les molécules volatiles dans son atmosphère, explique Renyu Hu, planétologue au JPL et co-auteur de la dernière étude. Restaient deux possibilités, dit-il. La première était que la planète est complètement sèche, avec une atmosphère ultra-mince de roche vaporisée. La seconde était qu’il possède une atmosphère épaisse composée de molécules plus lourdes et volatiles qui ne s’évacuent pas facilement.
Une image plus claire
Les dernières données indiquent que l’atmosphère de 55 Cancri e contient des gaz à base de carbone, pointant vers la deuxième option. L’équipe a collecté des preuves authentiques de l’existence d’une atmosphère, dit Seager, mais des observations supplémentaires sont nécessaires pour déterminer sa composition complète, les quantités relatives de gaz présentes et son épaisseur précise.
Laura Schaefer, géologue planétaire à l’Université de Stanford en Californie, souhaite découvrir comment l’atmosphère de 55 Cancri e interagit avec les matériaux situés sous la surface de la planète. Il est toujours possible que l’atmosphère soit érodée par les vents stellaires, affirment les auteurs de l’étude, mais les gaz pourraient être reconstitués par la fonte et le dégazage des roches dans l’océan magmatique.
« La Terre a probablement traversé au moins une étape magma-océan, peut-être plusieurs », explique Schaefer. « Avoir des exemples actuels d’océans magmatiques peut nous aider à comprendre les débuts de l’histoire de notre système solaire. »
Cet article est reproduit avec autorisation et a été première publication le 8 mai 2024.
