Une étude internationale dirigée par le Canada a révélé de nouvelles informations sur l’atmosphère de l’exoplanète GJ 9827 d – en orbite autour de l’étoile GJ 9827 dans la constellation des Poissons, à environ 98 années-lumière de la Terre – à l’aide du télescope spatial. James Webb (JWST).
Les astronomes ont montré que l’atmosphère de la planète contient une forte concentration de molécules plus lourdes, y compris une accumulation substantielle de vapeur d’eau, ce qui les amène à croire qu’il pourrait très bien s’agir d’un « monde de vapeur ».
Publié dans Les lettres du journal astrophysiquel’étude a été dirigée par Caroline Piaulet-Ghorayeb, doctorante à l’Institut Trottier de recherche sur les exoplanètes (iREx) de l’Université de Montréal, des chercheurs de plusieurs pays.
Plus tôt cette année, grâce aux données du télescope spatial Hubble (HST), les membres de l’équipe iREx ont annoncé avoir détecté de l’eau dans l’atmosphère de l’exoplanète GJ 9827 d, qui en fait, en raison de sa taille environ deux fois celle de la Terre, est la plus petite exoplanète avec une atmosphère confirmée.
Ces découvertes importantes ouvrent de nouvelles voies pour la recherche de la vie au-delà du système solaire et améliorent notre compréhension de la formation et de la composition des planètes.
Un objectif inaccessible jusqu’à présent
Caroline Piaulet-Ghorayeb
Crédit : InitiaSciences
Pendant des années, les scientifiques ont concentré leurs efforts sur la détection des atmosphères autour des planètes géantes gazeuses et des mini-Neptune (planètes beaucoup plus grandes que la Terre avec des atmosphères dominées par l’hydrogène, comme Jupiter et Neptune, dans le système solaire).
Mais jusqu’à présent, la détection des atmosphères autour de planètes plus petites, plus proches de la taille de la Terre, restait un objectif insaisissable.
“Jusqu’à présent, toutes les planètes que nous avons détectées et qui possèdent une atmosphère sont des planètes géantes ou, au mieux, des mini-Neptunes”, explique Caroline Piaulet-Ghorayeb, auteure principale de l’étude. Ces planètes ont des atmosphères composées principalement d’hydrogène, ce qui les rend plus semblables aux géantes gazeuses du système solaire qu’aux planètes rocheuses comme la Terre, dont les atmosphères sont dominées par des éléments plus lourds.
Riche en molécules plus lourdes
La particularité de l’exoplanète GJ 9827 d réside dans la composition de son atmosphère.
En combinant les données des télescopes James Webb et Hubble, Caroline Piaulet-Ghorayeb montre que, contrairement aux atmosphères des grandes planètes dominées par l’hydrogène, celle de l’exoplanète GJ 9827 présente une forte concentration de molécules plus lourdes et une quantité importante de vapeur d’eau.
Cette découverte marque la première détection robuste d’une atmosphère d’exoplanète où l’hydrogène n’est pas le composant principal, indiquant plutôt une atmosphère plus lourde et chargée d’eau.
“Le poids moléculaire de cette atmosphère est plus proche de celui des atmosphères riches en dioxyde de carbone ou en azote que l’on recherche actuellement sur les petites planètes rocheuses, où l’on pourrait éventuellement chercher de la vie”, ajoute Caroline Piaulet-Ghorayeb.
Ces observations ont été réalisées à l’aide de l’instrument canadien JWST, le Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS). En utilisant la spectroscopie de transmission, l’équipe de recherche a analysé la lumière de l’étoile traversant l’atmosphère de la planète lorsqu’elle passait devant son étoile hôte, GJ 9827.
L’équipe a ensuite combiné les nouvelles découvertes du JWST avec les précédentes observations du HST pour montrer avec certitude que les caractéristiques spectrales étudiées sont dues à l’atmosphère de la planète et non à la contamination par l’étoile du système.
Grâce aux données extraites du NIRISS en mode SOSS, les astronomes peuvent enfin distinguer deux types d’atmosphères pour la planète : l’une est nuageuse et contient peu d’éléments lourds, principalement de l’hydrogène et quelques traces d’eau ; l’autre est très dense et contient plusieurs éléments lourds, dont beaucoup d’eau.
Comme l’exoplanète GJ 9827 d est proche de son étoile, son atmosphère est probablement un mélange de gaz et un état dense et surchauffé, plutôt que des couches ou des nuages distincts.
Probablement pas habitable
Bien que l’exoplanète GJ 9827 d ne soit pas considérée comme habitable en raison de sa proximité avec son étoile hôte et des températures élevées en surface qui en résultent (environ 350 °C), cette découverte représente une avancée pour la recherche d’environnements habitables.
La présence d’une atmosphère lourde et remplie d’eau sur une petite planète comme GJ 9827 d prouve que de telles atmosphères existent et peuvent être étudiées grâce à la finesse de JWST. Cela rend plus plausible la perspective de trouver des planètes habitables, comparables à la Terre.
«C’est un grand pas vers la recherche d’atmosphères autour de petites planètes semblables à la Terre», explique Caroline Piaulet-Ghorayeb. L’exoplanète GJ 9827 d est la première planète où l’on détecte une atmosphère riche en molécules lourdes, à l’image des planètes telluriques du système solaire, et le premier exemple confirmé depuis longtemps de « monde de vapeur » avancé par la communauté scientifique. »
On pense que ces « mondes de vapeur » ont des atmosphères épaisses et chargées d’eau, sans glace ni eau liquide à la surface, et maintiennent une atmosphère de vapeur en raison de leur proximité avec leur étoile hôte. Elles ressemblent aux lunes glacées Europe et Ganymède, mais sont suffisamment proches de leur étoile pour que l’eau apparaisse sous forme de vapeur dans l’atmosphère et non sous une couche de glace.
Les astronomes espèrent que d’autres observations de l’exoplanète GJ 9827 d via JWST, prévues dans les mois à venir, en diront davantage sur les composants de son atmosphère de vapeur.
