Des laboratoires virtuels apportent de nouvelles perspectives sur la formation des exoplanètes et de leurs atmosphères
Les laboratoires virtuels sont essentiels pour simuler des environnements physico-chimiques inexplorés, en particulier pour étudier les disques protoplanétaires et les atmosphères exoplanétaires. Avec le soutien du programme Actions Marie Sklodowska-Curie, le projet CHAMELEON a développé de telles plateformes afin d’analyser en détail les observations actuelles et futures des disques protoplanétaires et des exoplanètes.
Des laboratoires virtuels pour combler le manque de données d’observation
«Les laboratoires virtuels sont essentiels pour traiter des ensembles de données d’observation parfois incohérents ou incomplets en intégrant divers modèles théoriques et des méthodes de calcul avancées», confie Ruth-Sophie Taubner, coordinatrice du projet. S’appuyant de nombreux domaines scientifiques tels que l’astrophysique, la chimie computationnelle, la physique, les géosciences et les mathématiques, ces outils de pointe permettent aux chercheurs de simuler et d’analyser des processus physiques et chimiques complexes. CHAMELEON a affiné les modèles thermochimiques des disques protoplanétaires afin de mieux comprendre les conditions qui influencent la formation des planètes et de corréler ces modèles et les données d’observation. «Nous avons amélioré les modèles d’atmosphère exoplanétaire en tenant compte de l’irradiation de l’étoile hôte, de la formation des nuages, des éclairs et des processus de charge afin de maximiser l’utilisation des données du télescope spatial James Webb (JWST) et des futures missions», explique Ruth-Sophie Taubner. Les chercheurs ont également exploité des modèles théoriques en tant que laboratoires virtuels pour prévoir les spectres émergents, en comparant ces prévisions avec les données du télescope spatial Hubble et du JWST.
De nouveaux outils et techniques d’apprentissage automatique font progresser la recherche sur les exoplanètes
«Nous avons élargi les réseaux de taux chimiques dans les modèles de disques protoplanétaires pour inclure le chargement de poussière dépendant de la taille et la production de molécules d’hydrocarbures plus grandes à l’aide d’extractions bayésiennes basées sur l’apprentissage automatique pour analyser les données d’observation», précise Ruth-Sophie Taubner. «Nous étudions la composition atmosphérique d’exoplanètes anciennes (plus d’un milliard d’années) irradiées par leur étoile hôte, ainsi que d’exoplanètes plus jeunes et auto-luminescentes.» La simulation atmosphérique en 3D d’une Saturne extrasolaire chaude HATS-6b, qui permet de prévoir la distribution de ses nuages et de sa chimie, est une réalisation remarquable. Des laboratoires virtuels ont permis une modélisation complète des processus physiques, tandis que de nouveaux outils ont été développés pour simuler les observations synthétiques du JWST, notamment des mini-Neptunes. Des simulations de chimie quantique ont permis d’étudier la formation et la stabilité des amas d’oxydes métalliques dans les atmosphères des exoplanètes chaudes, améliorant notre compréhension de ces environnements exotiques.
Un brillant avenir pour la recherche sur les exoplanètes
CHAMELEON a fait progresser la science des exoplanètes en formant 15 doctorants et en produisant plus de 140 articles, soit quatre fois la production moyenne des anciens réseaux de formation innovante Marie Curie en physique. 28 de ces articles ont été rédigés par des étudiants et plus de 40 ont porté sur les observations du JWST. En remettant en question les idées reçues, le projet a proposé de nouvelles approches et de nouveaux points de vue, ouvrant la voie à de futures enquêtes scientifiques et à de nouvelles carrières pour ses chercheurs en début de carrière. Une plateforme informatique a été développée dans le cadre de ce projet pour étudier les exoplanètes et leurs environnements de formation à différents niveaux de complexité, intégrant des données d’observation à des simulations de pointe.
Fusionner art et astrophysique
Une conférence finale a été organisée à l’université de Copenhague pour marquer la conclusion fructueuse de CHAMELEON, réunissant des scientifiques de divers domaines, notamment celui des exoplanètes, de l’évolution des disques, de la vie exotique et de l’avenir de la vie et de l’humanité. Soutenu par le Centre for ExoLife Sciences (CELS) de Copenhague, l’événement a souligné les découvertes du réseau sur la diversité chimique dans les disques protoplanétaires et les atmosphères exoplanétaires. La conférence a également servi de plateforme pour envisager des collaborations et des projets futurs au-delà de la période de financement. Une exposition d’art intitulée «Exploring Exoplanets» a également été organisée en parallèle, mettant en lumière l’initiative «Arts, Education and Science Outreach» du réseau CHAMELEON. Cette exposition a fusionné l’art et la science, mettant en exergue l’intersection créative de l’astrophysique et de l’expression artistique.
Mots‑clés
CHAMELEON, exoplanète, laboratoires virtuels, disques protoplanétaires, atmosphères, STEAM