Découverte de l’élément le plus lourd jamais observé dans l’atmosphère d’une exoplanète
Alors qu’ils exploraient des planètes orbitant autour d’étoiles situées en dehors de notre système solaire, des scientifiques, soutenus par les projets SPICE DUNE et FOUR ACES, financés par l’UE, ont fait une découverte inattendue. Ils ont trouvé du baryum — l’élément le plus lourd détecté à ce jour dans l’atmosphère d’une exoplanète — dans l’atmosphère de deux géantes gazeuses. Leur étude a été publiée dans la revue «Astronomy & Astrophysics». «Il s’agissait en quelque sorte d’une découverte “accidentelle”», déclare Tomás Azevedo Silva, auteur principal de l’étude et doctorant à l’université de Porto, au Portugal, dans un article publié sur le site web de l’«Observatoire européen austral (ESO)». «Nous ne nous attendions pas ou ne cherchions pas de baryum en particulier et nous avons dû vérifier par recoupement que cela provenait bien de la planète, car cela n’avait jamais été vu dans aucune exoplanète auparavant.» Le baryum a été découvert à haute altitude dans l’atmosphère des géantes gazeuses WASP-76b et WASP-121b. Ces deux exoplanètes sont également appelées Jupiter ultra-chauds — un nom donné aux planètes à peu près aussi massives que Jupiter qui orbitent très près de leur étoile. Cette proximité, qui signifie que WASP-76b et WASP-121b mettent moins de deux jours à accomplir une révolution autour de leur étoile, leur confère en outre des températures d’équilibre très chaudes, supérieures à 2 000 ºC.
Plus lourd que le fer
Suffisamment élevées pour vaporiser les métaux, ces températures extrêmes confèrent également à ces planètes des caractéristiques extraordinaires, comme la pluie de fer que l’on soupçonne sur WASP-76b. Une étude, réalisée en 2020 et partiellement soutenue par FOUR ACES, a révélé que lorsque la vapeur de fer est transportée par des vents forts vers des environnements nocturnes plus frais, elle se condense en gouttelettes de fer. Pourtant, malgré cette découverte étonnante, les astrophysiciens ont été surpris de trouver un élément 2,5 fois plus lourd que le fer dans la haute atmosphère de WASP-76b et WASP-121b. «Étant donné la forte gravité de ces planètes, nous nous attendrions à ce que les éléments lourds comme le baryum tombent rapidement dans les couches inférieures de l’atmosphère», explique le Dr Olivier Demangeon, coauteur et également rattaché à l’université de Porto, dans le même article. L’observation des Jupiter ultra-chauds fournit aux scientifiques des informations précieuses sur les atmosphères des exoplanètes. «Étant gazeuses et chaudes, leurs atmosphères sont très étendues et sont donc plus faciles à observer et à étudier que celles des planètes plus petites ou plus froides», explique Olivier Demangeon. Pour obtenir ses résultats, l’équipe de recherche a utilisé l’instrument Echelle SPectrograph for Rocky Exoplanet and Stable Spectroscopic Observations sur le très grand télescope de l’ESO situé au nord du Chili. Le fait que du baryum ait été découvert sur les deux planètes pourrait signifier que cet élément lourd est commun dans les atmosphères des Jupiter ultra-chauds. Mais quel processus naturel pourrait aboutir à la découverte de baryum à des altitudes aussi élevées? Comme le fait remarquer Azevedo Silva, l’existence de cet élément à de telles altitudes semble «curieuse et contre-intuitive». Pour l’instant, les chercheurs ne sont pas certains des mécanismes impliqués. SPICE DUNE (A SpectroPhotometric Inquiry of Close-in Exoplanets around the Desert to Understand their Nature and Evolution) s’achève en 2026. FOUR ACES (Future of upper atmospheric characterisation of exoplanets with spectroscopy) s’achève en 2023. Pour plus d’informations, veuillez consulter: projet SPICE DUNE page web du projet FOUR ACES
Mots‑clés
SPICE DUNE, FOUR ACES, planète, exoplanète, WASP-76b, WASP-121b, géante gazeuse, Jupiter ultra-chaud, baryum