Là-bas dans l'espace se trouve un nom d'exoplanète inhabituel Gliese 3470 b (GJ 3470 b.) C'est un monde étrange, un peu comme un hybride entre la Terre et Neptune. Il a un noyau rocheux comme la Terre, mais est entouré d'une atmosphère d'hydrogène et d'hélium. Cette combinaison ne ressemble à rien de notre propre système solaire.
La planète orbite autour d'une étoile naine rouge appelée Gliese 3470, dans la constellation du Cancer. Le GJ 3470 b représente environ 12,6 masses terrestres, ce qui signifie qu'il est à peu près à mi-chemin entre la Terre et Neptune. (Neptune représente environ 17 masses terrestres.)
Grâce à la mission Kepler, nous savons qu'il existe de nombreuses exoplanètes dans cette gamme de masse. Il est possible que jusqu'à 80% des planètes tombent dans cette plage, bien que les futures missions d'exoplanètes le clarifieront sans aucun doute. Jusqu'à présent, les astronomes n'avaient pas bien regardé l'atmosphère de l'une de ces planètes, et donc leur formation est un peu mystérieuse.
Les télescopes spatiaux Hubble et Spitzer se sont associés pour examiner de près l'atmosphère du GJ 3470 b, et c'est la première fois que les astronomes ont pu identifier l'empreinte chimique de l'atmosphère d'une planète comme celle-ci. Ce qu'ils ont découvert, c'est que la planète a une atmosphère primordiale presque vierge d'hydrogène et d'hélium, sans aucun élément plus lourd présent.
Et cela présente un peu de mystère.
"Nous n'avons rien de tel dans le système solaire, et c'est ce qui le rend frappant."
Björn Benneke de l'Université de Montréal au Canada
Moitié étoile, moitié planète?
Le GJ 3470 b, avec son atmosphère d'hydrogène et d'hélium, ressemble plus à une étoile qu'à une planète à certains égards. Notre propre Soleil est composé à 73% d'hydrogène et le reste est presque entièrement composé d'hélium. Seule une infime partie du Soleil est constituée d'éléments plus lourds comme l'oxygène, le néon, le fer et le carbone. Les géants gazeux Jupiter et Saturne sont principalement de l'hydrogène et de l'hélium, mais ils contiennent également d'autres composés comme le méthane et l'ammoniac, ainsi que des éléments plus lourds. Ces composés sont presque absents dans GJ 3470 b.
«Il s'agit d'une grande découverte du point de vue de la formation des planètes. La planète orbite très près de l'étoile et est beaucoup moins massive que Jupiter - 318 fois la masse de la Terre - mais a réussi à accréter l'atmosphère primordiale d'hydrogène / hélium qui est largement «non polluée» par des éléments plus lourds », a déclaré Björn Benneke de l'Université de Montréal au Canada, dans un communiqué de presse de la NASA. "Nous n'avons rien de tel dans le système solaire, et c'est ce qui le rend frappant."
Les astronomes derrière ce travail ont combiné les capacités multi-longueurs d'onde des deux télescopes spatiaux pour avoir un bon aperçu de l'atmosphère du GJ 3470 b. Ils l'ont fait en mesurant l'absorption de la lumière des étoiles pendant que l'exoplanète transitait devant son étoile hôte. Ils ont également mesuré la perte de lumière réfléchie lorsque l'exoplanète est passée derrière l'étoile. Au total, la paire de télescopes spatiaux a observé 12 transits et 20 éclipses.
Les astronomes utilisent la spectroscopie pour identifier les empreintes chimiques de l'hydrogène et de l'hélium dans l'atmosphère, et la nature de l'atmosphère de la planète a rendu tout cela possible. C'est surtout clair avec très peu de brume, ce qui signifie qu'ils ont pu regarder profondément dans l'atmosphère. "Pour la première fois, nous avons la signature spectroscopique d'un tel monde", a déclaré Benneke.
Mais cette spectroscopie a révélé quelque chose d'inattendu. Les astronomes pensaient trouver une composition chimique similaire à la planète Neptune, avec des éléments plus lourds comme l'oxygène et le carbone. Mais au lieu de cela, ils ont trouvé une atmosphère qui ressemblait au Soleil.
"... nous avons trouvé une atmosphère si pauvre en éléments lourds que sa composition ressemble à la composition riche en hydrogène / hélium du Soleil."
BJÖRN BENNEKE DE L'UNIVERSITÉ DE MONTRÉAL AU CANADA
"Nous nous attendions à une atmosphère fortement enrichie en éléments plus lourds comme l'oxygène et le carbone qui forment une vapeur d'eau et du gaz méthane abondants, semblable à ce que nous voyons à Neptune", a déclaré Benneke. "Au lieu de cela, nous avons trouvé une atmosphère si pauvre en éléments lourds que sa composition ressemble à la composition riche en hydrogène / hélium du Soleil."
Assembler ensemble
Maintenant que les astronomes ont bien maîtrisé l'atmosphère de l'exoplanète, grâce à la puissance combinée des télescopes spatiaux Hubble et Spitzer, ils peuvent commencer à comprendre comment cette étrange planète a pu se former.
Le GJ 3470 b contraste fortement avec les autres exoplanètes. Les astronomes pensent que d'autres exoplanètes, par exemple les Jupiter chauds, se forment à une grande distance de leur Soleil, puis migrent vers l'intérieur. Mais les astronomes pensent que cette exoplanète s'est formée très près de son étoile naine rouge, près de sa position actuelle.
Il s'est probablement formé comme un petit objet rocheux au début, emmêlé au centre du disque protoplanétaire, à peu près au même moment que l'étoile s'est formée. Il aurait rassemblé, ou accrété, son atmosphère à partir du même matériau primordial dans le disque à partir duquel l'étoile s'est formée. Et cela expliquerait son atmosphère d'hydrogène / hélium, et pourquoi il manque d'éléments plus lourds.
"Il s'agit d'une grande découverte du point de vue de la formation de la planète."
BJÖRN BENNEKE DE L'UNIVERSITÉ DE MONTRÉAL AU CANADA
"Nous voyons un objet qui a pu accumuler l'hydrogène du disque protoplanétaire mais ne s'est pas enfui pour devenir un Jupiter chaud", a déclaré Benneke. «C'est un régime intrigant.»
Ce qui est peut-être arrivé, c'est que la matière s'accumulait toujours du disque, mais l'étoile a grandi plus vite et le disque s'est dissipé. Cela a empêché le GJ 3470 b de grossir et de ressembler davantage aux géants gazeux de notre système solaire, avec des éléments plus lourds dans leur atmosphère.
Pour l'instant, c'est là que se situe notre compréhension de cette exoplanète intrigante et bizarre. Mais une fois que le télescope spatial James Webb (JWST) sera opérationnel, il nous en dira plus.
Le JWST est un puissant télescope spatial qui peut voir dans l'infrarouge avec une sensibilité sans précédent. Il pourra sonder l'atmosphère du GJ 3470 b et d'autres exoplanètes et révéler des choses encore inconnues. En particulier, il observera dans des longueurs d'onde qui rendent les brouillards obscurcissants presque transparents.
Ensuite, notre compréhension de toutes les exoplanètes, pas seulement celle-ci, grandira à pas de géant.
Sources:
- Communiqué de presse: L'atmosphère d'une planète de taille moyenne révélée par Hubble et Spitzer
- Wikipédia: Gliese 3470 b
- Télescope spatial Spitzer
