Les observations effectuées avec le télescope spatial James Webb NASA/ESA/CSA pourraient avoir détecté des gaz atmosphériques entourant 55 Cancri e, une exoplanète chaude et rocheuse située à 41 années-lumière de la Terre.
Publiée dans la revue Nature, c’est la meilleure preuve à ce jour de l’existence d’une atmosphère de planète rocheuse en dehors de notre système solaire, selon l’ESA.
55 Cancri e est l’une des cinq planètes connues en orbite autour d’une étoile semblable au Soleil dans la constellation du Cancer. Avec un diamètre presque deux fois supérieur à celui de la Terre et une densité légèrement supérieure, la planète est classée comme une super-Terre : plus grande que la Terre, plus petite que Neptune et probablement de composition similaire aux planètes rocheuses de notre système solaire.
Cependant, décrire 55 Cancri e comme rocheux pourrait donner une fausse impression. La planète orbite si près de son étoile (environ 2,25 millions de kilomètres, soit un vingtième de la distance entre Mercure et le Soleil) que sa surface est probablement en fusion : un océan bouillonnant de magma. Sur une orbite aussi étroite, la planète est également probablement verrouillée par les marées, avec un côté jour face à l’étoile à tout moment et un côté nuit dans l’obscurité perpétuelle.
Malgré de nombreuses observations depuis sa découverte en transit en 2011, la question de savoir si 55 Cancri e possède une atmosphère (ou même pourrait en avoir une, compte tenu de sa température élevée et de l’assaut continu du rayonnement stellaire et du vent de son étoile) est restée sans réponse.
“Je travaille sur cette planète depuis plus d’une décennie”, a déclaré Diana Dragomir, chercheuse sur les exoplanètes à l’Université du Nouveau-Mexique et co-auteur de l’étude, dans un communiqué. “C’est vraiment frustrant qu’aucune des observations que nous avons reçues n’ait résolu solidement ces mystères. Je suis ravi que nous obtenions enfin des réponses !”
Contrairement aux atmosphères des géantes gazeuses, qui sont relativement faciles à détecter (la première a été détectée par le télescope spatial Hubble de la NASA/ESA il y a plus de deux décennies), les atmosphères plus fines et plus denses entourant les planètes rocheuses restent difficiles à atteindre.
Les 55 études Cancri e précédentes utilisant les données du télescope spatial Spitzer de la NASA, aujourd’hui à la retraite, suggéraient la présence d’une atmosphère importante riche en substances volatiles (molécules présentes sous forme gazeuse sur Terre) telles que l’oxygène, l’azote et le dioxyde de carbone. Mais les chercheurs ne peuvent pas exclure une autre possibilité : que la planète soit nue, à l’exception d’un mince manteau de roche vaporisée, riche en éléments tels que le silicium, le fer, l’aluminium et le calcium. “La planète est si chaude qu’une partie de la roche en fusion devrait s’évaporer”, a expliqué Hu.
Pour faire la distinction entre les deux possibilités, l’équipe a utilisé la NIRCam (caméra proche infrarouge) et le MIRI (instrument infrarouge moyen) de Webb pour mesurer la lumière infrarouge de 4 à 12 microns provenant de la planète.
Bien que Webb ne puisse pas capturer une image directe de 55 Cancri e, il peut mesurer les changements subtils de la lumière provenant de l’ensemble du système lorsque la planète tourne autour de l’étoile.
En soustrayant la luminosité pendant l’éclipse secondaire, lorsque la planète est derrière l’étoile (lumière des étoiles uniquement), de la luminosité lorsque la planète est juste à côté de l’étoile (lumière de l’étoile et de la planète combinées), l’équipe a pu calculer la luminosité. quantité de différentes longueurs d’onde de lumière infrarouge provenant du côté jour de la planète.
Cette méthode, connue sous le nom de spectroscopie d’éclipse secondaire, est similaire à celle utilisée par d’autres équipes de recherche pour rechercher des atmosphères sur d’autres exoplanètes rocheuses, comme TRAPPIST-1 b.
PLUS FRAIS QUE PRÉVU
La première indication que 55 Cancri e pourrait avoir une atmosphère substantielle est venue de mesures de température basées sur son émission thermique, l’énergie thermique émise sous forme de lumière infrarouge. Si la planète est recouverte de roches sombres en fusion avec un mince voile de roche vaporisée, ou si elle n’a pas d’atmosphère du tout, la température diurne devrait être d’environ 2 200 degrés Celsius.
“Au lieu de cela, les données MIRI ont montré une température relativement basse d’environ 1 540 degrés Celsius”, a indiqué M. Hu. “C’est une très forte indication que l’énergie est distribuée du côté jour vers le côté nuit, très probablement par une atmosphère riche en volatilité.” Bien que les coulées de lave puissent transporter une certaine chaleur vers le côté nuit, elles ne peuvent pas la déplacer suffisamment efficacement pour expliquer l’effet de refroidissement.
Lorsque l’équipe a examiné les données du NIRCam, elle a constaté des tendances cohérentes avec une atmosphère riche en volatilité. “Nous constatons une baisse du spectre entre 4 et 5 microns : moins de lumière atteint le télescope”, a expliqué le co-auteur Aaron Bello-Arufe, également du JPL. “Cela suggère la présence d’une atmosphère contenant du monoxyde de carbone ou du dioxyde de carbone, qui absorbent tous deux ces longueurs d’onde de lumière.” Une planète sans atmosphère ou avec seulement des roches vaporisées dans une atmosphère n’aurait pas cette caractéristique spectrale spécifique.
L’équipe estime que les gaz recouvrant 55 Cancri e bouillonneraient de l’intérieur, plutôt que d’être présents depuis la formation de la planète. “L’atmosphère primaire aurait disparu depuis longtemps en raison de la température élevée et du rayonnement intense de l’étoile”, a déclaré Bello-Arufe. “Il s’agirait d’une atmosphère secondaire que l’océan magmatique reconstitue continuellement. Le magma n’est pas seulement constitué de cristaux et de roches liquides, il contient également beaucoup de gaz dissous.”
