À l’aide du télescope spatial James Webb (JWST), les astronomes ont découvert qu’une planète de lave brûlante, que l’on croit composée de diamant, a développé une deuxième atmosphère – et c’était après que son étoile ait détruit sa première atmosphère.
La planète, connue sous le nom de 55 Cancri e, est située à environ 41 années-lumière du système solaire et a une largeur presque deux fois supérieure à celle de la Terre et une masse environ neuf fois supérieure à celle de notre planète. Parmi l’ensemble des planètes extrasolaires, ou « exoplanètes », que les scientifiques ont cataloguées au fil des ans, ce monde est classé comme une « super-Terre ». Cela signifie qu’elle est plus massive que la Terre, mais bien plus légère que des planètes comme Neptune et Uranus. Pourtant, c’est là que s’arrêtent les comparaisons avec notre monde pour 55 Cancri e.
Cette exoplanète est si dense que les astronomes ont émis l’hypothèse qu’elle était composée principalement de carbone compressé en diamant. De plus, l’exoplanète existe à seulement 2,3 kilomètres de son étoile semblable au soleil, 55 Cancri A. Cela équivaut à 0,01544 fois la distance entre la Terre et le soleil. Cette proximité signifie que 55 Cancri e orbite autour de son étoile hôte toutes les 17 heures terrestres environ et a une température de surface brûlante d’environ 4 400 degrés Fahrenheit (environ 2 400 degrés Celsius).
Le rayonnement de son étoile a ainsi dépouillé 55 Cancri e de son atmosphère d’origine ou primaire, tout comme on le voit avec d’autres planètes rocheuses qui gravitent autour de leurs étoiles à des proximités si proches. Cependant, la nouvelle recherche indique qu’une épaisse couche de gaz entoure la planète, ce qui implique qu’elle a « développé » une seconde atmosphère – et les scientifiques à l’origine de la découverte pensent savoir comment cela s’est produit.
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“Nous avons mesuré les émissions thermiques de cette planète rocheuse, et la mesure indique que la planète a une atmosphère importante”, a déclaré à Space Renyu Hu, membre de l’équipe à l’origine de cette découverte et chercheur au California Institute of Technology (Caltech). .com. “Cette atmosphère est probablement soutenue par les dégazages de l’intérieur rocheux de 55 Cancri e, et nous pensons qu’il s’agit de la première mesure d’une atmosphère secondaire sur une exoplanète rocheuse. C’est très excitant.”
Comment 55 Cancri e a défendu son étoile
55 Cancri e a été découverte en 2004 grâce à la « oscillation » qu’elle a provoquée dans le mouvement de son étoile hôte, vue de notre point de vue sur Terre. C’est ce qu’on appelle la méthode de découverte d’exoplanètes à vitesse radiale pour la découverte d’exoplanètes. Initialement nommé Janssen, le monde a été la première super-Terre identifiée en orbite autour d’une étoile lointaine de la séquence principale, ou d’une étoile qui convertit encore l’hydrogène en hélium en son cœur.
Au fur et à mesure de l’étude de la planète, les scientifiques ont également découvert son orbite de 0,7 jour terrestre et sa composition en carbone. Puis, en 2016, le télescope spatial Hubble a déterminé que l’atmosphère de 55 Cancri e contenait de l’hydrogène et de l’hélium lors de ce qui était la première étude atmosphérique d’une exoplanète.
Deux scénarios possibles existent pour expliquer l’atmosphère du 55 Cancri e.
Premièrement, la super-Terre pourrait être un monde de lave au sommet duquel existe une fine atmosphère de silicate vaporisé. Il serait constitué de composés volatils et chimiques de la planète, comme le carbone, l’azote, l’hydrogène et le soufre, qui peuvent être facilement perdus en raison de l’irradiation de son étoile. Ou bien, la planète pourrait avoir une couche épaisse secondaire atmosphère créée au fil du temps par le volcanisme.
Pour déterminer si ces scénarios étaient corrects, Hu et ses collègues ont examiné les observations JWST de la planète alors qu’elle passait derrière l’étoile 55 Cancri A, un événement appelé éclipse secondaire. Les données de deux éclipses secondaires de 55 Cancri e excluent la possibilité qu’il s’agisse d’un monde de lave pratiquement nu, dépourvu d’une atmosphère substantielle.
Il ne fait aucun doute que la planète est un paysage infernal recouvert de lave, et l’équipe pense même que c’est cette nature en fusion qui a aidé 55 Cancri e à développer son atmosphère secondaire.
“55 Cancri e est si proche de l’étoile hôte qu’elle reçoit beaucoup de chaleur sous forme de rayonnement. Cette chaleur maintient la température de la planète très élevée”, a déclaré Hu. “À ces températures, tout sur la planète est en fusion. Si c’est de la roche, c’est de la lave en fusion, ce qui favorise le processus de dégazage qui entretient une atmosphère secondaire en raison d’une surface en fusion.”
Il a expliqué que le gaz se dissout dans l’océan de lave global de 55 Cancri, « bouillonnant » constamment pour former l’atmosphère secondaire.
Le chercheur a ajouté que l’atmosphère originelle de 55 Cancri e, qu’elle aurait eue depuis sa formation autour de son étoile, aurait été composée majoritairement d’hydrogène et d’hélium. Toutefois, la composition de l’atmosphère secondaire qui a remplacé la première reste incertaine.
“La composition de l’atmosphère secondaire dépend de la composition de la roche située en dessous”, a expliqué M. Hu. “Si la roche est très réductrice [made of compounds that gain electrons and hydrogen], il peut également créer une atmosphère hydrogène-hélium comme l’atmosphère primaire. Mais si la roche ressemble davantage au manteau terrestre, l’eau, le monoxyde de carbone et le dioxyde de carbone domineraient l’atmosphère secondaire. »
Hu a ajouté que, bien que les observations JWST de 55 Cancri e ne disent pas de manière concluante de quoi est composée l’atmosphère de la planète, les modèles utilisés pour expliquer les mesures privilégient une quantité substantielle de dioxyde de carbone et de monoxyde de carbone.
55 Cancri e peut-il vraiment créer une atmosphère secondaire ?
55 Cancri e n’est en aucun cas la seule planète rocheuse observée en orbite aussi proche de son étoile hôte, bien que Hu souligne qu’elle est parmi les plus chaudes de son espèce. Alors, cela signifie-t-il que ces autres mondes terrestres brûlants auraient également pu développer des atmosphères secondaires ? Eh bien, l’équipe n’en est pas sûre.
C’est parce qu’il y a quelque chose d’assez unique à propos du 55 Cancri e.
“D’une taille de 1,8 fois celle de la Terre, il s’agit d’un morceau de roche assez gros, qui aide à retenir les substances volatiles contre l’irradiation stellaire”, a expliqué Hu. “Nous nous attendons à ce qu’une très petite planète rocheuse qui se trouve sur une orbite très proche autour de son étoile perde la totalité de son budget volatil par rapport à la planète entière, et qu’elle devienne alors sans atmosphère.”
Cela signifie que ce n’est pas seulement la distance entre une planète et son étoile qui détermine si une planète conservera son atmosphère et en « fera croître » une autre, mais aussi la taille de ce monde. Hu a souligné que, dans les deux cas, 55 Cancri e semble être « optimisé » pour remplacer une atmosphère primaire perdue par une atmosphère secondaire.
Hu a déclaré que l’analyse de 55 Cancri e de cette manière aurait été impossible sans la puissance d’observation et la sensibilité infrarouge du JWST, ce qui le rend idéal pour caractériser les atmosphères des exoplanètes.
“Nous réfléchissons définitivement aux prochaines étapes de l’étude de 55 Cancri e. Nous avons quelques idées pour mesurer l’émission thermique de la planète, non seulement lors des éclipses secondaires, mais également lorsque la planète tourne autour de l’étoile”, a déclaré Hu. “Cela nous renseignera sur la taille de l’atmosphère et la circulation à l’intérieur.”
Les recherches de l’équipe ont été publiées mercredi 8 mai dans la revue Nature.
