Des chercheurs utilisent le JWST de la NASA pour résoudre le cas d’une exoplanète gonflée

Des chercheurs utilisent le JWST de la NASA pour résoudre le cas d’une exoplanète gonflée
Des chercheurs utilisent le JWST de la NASA pour résoudre le cas d’une exoplanète gonflée

Pourquoi l’exoplanète géante gazeuse chaude WASP-107 b est-elle si gonflée ? Deux équipes indépendantes de chercheurs, dont le Dr Joanna Barstow de l’Open University (OU), ont une réponse, publiée aujourd’hui dans Nature.

Les données collectées à l’aide du télescope spatial James Webb (JWST) de la NASA, combinées aux observations antérieures du télescope spatial Hubble, montrent étonnamment peu de méthane (CH4) dans l’atmosphère de la planète, ce qui indique que l’intérieur de WASP-107 b doit être nettement plus chaud et son noyau beaucoup plus massif qu’on ne l’avait estimé précédemment.

On pense que la température étonnamment élevée est le résultat du réchauffement des marées provoqué par l’orbite légèrement non circulaire de la planète, et peut expliquer comment WASP-107 b peut être ainsi gonflé sans recourir à des théories extrêmes sur la façon dont il s’est formé.

Les résultats, rendus possibles par l’extraordinaire capacité de Webb à analyser l’atmosphère des exoplanètes, pourraient expliquer le gonflement de dizaines d’exoplanètes relativement froides et de faible densité, aidant ainsi à résoudre un mystère de longue date dans la science des exoplanètes.

Le problème avec WASP-107b

Avec plus des trois quarts du volume de Jupiter mais moins d’un dixième de sa masse, l’exoplanète « Neptune chaude » WASP-107 b est l’une des planètes les moins denses connues. Bien que les planètes gonflées ne soient pas rares, la plupart sont plus chaudes et plus massives, et donc plus faciles à expliquer.

Si WASP-107 b avait un noyau plus massif, l’atmosphère aurait dû se contracter à mesure que la planète se refroidissait au fil du temps. Sans Source de chaleur pour re-détendre le gaz, il devrait être beaucoup plus petit. Bien que WASP-107 b ait une distance orbitale de seulement 5 millions de miles (un septième de la distance entre Mercure et le Soleil), il ne reçoit pas suffisamment d’énergie de son étoile pour être ainsi gonflé.

Une richesse de molécules auparavant indétectables

Le rayon géant de WASP-107 b, son atmosphère étendue et son orbite périphérique le rendent idéal pour la spectroscopie par transmission, une méthode utilisée pour identifier les différents gaz dans l’atmosphère d’une exoplanète en fonction de la façon dont ils affectent la lumière des étoiles.

M. Joanna Barstow, chercheur d’OU et co-auteur de la recherche, a déclaré :

“WASP-107b est une cible idéale pour la spectroscopie de transit car c’est l’une des exoplanètes les plus “pelucheuses” que nous connaissions – sa faible densité signifie que les caractéristiques spectrales que nous recherchons sont belles et grandes.”

La précision remarquable des données permet non seulement de détecter, mais aussi de mesurer l’abondance d’une multitude de molécules.

Gaz bouillonnant, intérieur chaud et noyau massif

La recherche a montré un manque surprenant de méthane dans l’atmosphère de WASP-107 b : un millième de la quantité attendue pour une planète aussi froide.

“C’est la preuve que les gaz chauds provenant des profondeurs de la planète, peut-être jusqu’au noyau, doivent être mélangés vigoureusement avec les couches plus froides situées plus haut”, a expliqué David Sing de l’Université Johns Hopkins (JHU). « Le méthane est instable à haute température. Le fait que nous en ayons détecté si peu, même si nous avons détecté d’autres molécules de carbone, nous indique que l’intérieur de la planète doit être beaucoup plus chaud que nous le pensions.

Une Source probable d’énergie interne supplémentaire de WASP-107 b est chauffage par marée causée par son orbite légèrement elliptique. La distance entre l’étoile et la planète changeant continuellement au cours de l’orbite de 5,7 jours, l’attraction gravitationnelle change également, étirant la planète et la réchauffant.

Les chercheurs avaient précédemment proposé que le réchauffement des marées pourrait être la cause des gonflements du WASP-107 b, mais jusqu’à ce que les résultats de Webb soient disponibles, il n’y avait aucune preuve.

Une fois qu’elles ont établi que la planète dispose de suffisamment de chaleur interne pour bouleverser complètement l’atmosphère, les équipes ont réalisé que les spectres pourraient également fournir une nouvelle façon d’estimer la taille du noyau.

Il s’avère que le noyau est plus de deux fois plus massif que prévu initialement, ce qui est plus logique en termes de formation des planètes.

Dans l’ensemble, il s’avère que WASP-107 b n’est pas aussi mystérieux qu’il y paraissait autrefois.

Le Dr Barstow a ajouté :

“Être capable de mesurer avec précision l’abondance de gaz comme le méthane nous fournit des informations très intéressantes sur la dynamique atmosphérique de planètes comme WASP-107b, et les observations du JWST nous en apprennent beaucoup sur le fonctionnement des atmosphères planétaires.”

 
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