Des astronomes sondent un «monde de vapeur»

Une étude internationale dirigée par le Canada a révélé de nouveaux renseignements sur l’atmosphère de l’exoplanète GJ 9827 d – en orbite autour de l’étoile GJ 9827, dans la constellation des Poissons, à environ 98 années-lumière de la Terre – au moyen du télescope spatial James-Webb (JWST).

Les astronomes ont montré que l’atmosphère de la planète contient une forte concentration de molécules plus lourdes, dont une accumulation substantielle de vapeur d’eau, ce qui les amène à penser qu’il pourrait très bien s’agir d’un «monde de vapeur».

Publiée dans The Astrophysical Journal Letters, l’étude a été menée par Caroline Piaulet-Ghorayeb, candidate au doctorat à l’Institut Trottier de recherche sur les exoplanètes (iREx) de l’Université de Montréal, en collaboration avec des chercheuses et chercheurs de plusieurs pays.

Au début de l’année, grâce aux données du télescope spatial Hubble (HST), les membres de l’équipe de l’iREx ont annoncé avoir détecté de l’eau dans l’atmosphère de l’exoplanète GJ 9827 d, ce qui en fait, en raison de sa taille environ deux fois supérieure à celle de la Terre, la plus petite exoplanète dont l’atmosphère a été confirmée.

Ces découvertes importantes ouvrent de nouvelles voies pour la recherche de vie au-delà du système solaire et améliorent notre compréhension de la formation et de la composition des planètes.

Riche en molécules plus lourdes

La particularité de l’exoplanète GJ 9827 d réside dans la composition de son atmosphère.

Par la combinaison des données provenant des télescopes James-Webb et Hubble, Caroline Piaulet-Ghorayeb montre que, contrairement aux atmosphères des grosses planètes dominées par l’hydrogène, celle de l’exoplanète GJ 9827 d a une forte concentration de molécules plus lourdes et une quantité importante de vapeur d’eau.

Cette découverte marque la première détection solide d’une atmosphère d’exoplanète où l’hydrogène n’est pas le composant principal, ce qui indique plutôt une atmosphère plus lourde et chargée en eau.

«Le poids moléculaire de cette atmosphère est plus proche de celui des atmosphères riches en dioxyde de carbone ou en azote que nous recherchons actuellement sur des petites planètes rocheuses, où nous pourrions éventuellement chercher de la vie», ajoute Caroline Piaulet-Ghorayeb.

Ces observations ont été réalisées grâce à l’instrument canadien du JWST, l’imageur et spectrographe sans fente dans le proche infrarouge (le NIRISS pour Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph). En utilisant la spectroscopie de transmission, l’équipe de recherche a analysé la lumière de l’étoile traversant l’atmosphère de la planète lors de son passage devant son étoile hôte, GJ 9827.

L’équipe a ensuite combiné les nouvelles constatations du JWST avec les précédentes observations du HST pour montrer avec certitude que les caractéristiques spectrales étudiées sont dues à l’atmosphère de la planète et non à une contamination par l’étoile du système.

Avec les données tirées du NIRISS en mode SOSS, les astronomes peuvent enfin distinguer deux types d’atmosphères pour la planète: l’une est nuageuse et contient peu d’éléments lourds, principalement de l’hydrogène et quelques traces d’eau; l’autre est très dense et comporte plusieurs éléments lourds, dont beaucoup d’eau.

Comme l’exoplanète GJ 9827 d est proche de son étoile, son atmosphère est probablement un mélange de gaz et un état surchauffé et dense, plutôt que des couches distinctes ou des nuages.

Probablement pas habitable

Bien qu’on ne pense pas que l’exoplanète GJ 9827 d soit habitable en raison de sa proximité avec son étoile hôte et des températures de surface élevées qui en résultent (environ 350 °C), cette découverte constitue une avancée pour la recherche d’environnements habitables.

La présence d’une atmosphère lourde et remplie d’eau sur une petite planète comme GJ 9827 d prouve que de telles atmosphères existent et peuvent être étudiées grâce à la finesse du JWST. Cela rend plus plausible la perspective de trouver des planètes habitables, comparables à la Terre.

«Il s’agit d’un grand pas vers la recherche d’atmosphères autour de petites planètes semblables à la Terre, précise Caroline Piaulet-Ghorayeb. L’exoplanète GJ 9827 d est la première planète où nous détectons une atmosphère riche en molécules lourdes, tout comme les planètes terrestres du système solaire, et le premier exemple confirmé depuis longtemps d’un “monde de vapeur” avancé par la communauté scientifique.»

On pense que ces «mondes de vapeur» ont des atmosphères épaisses et chargées en eau, sans glace ni eau liquide en surface et qu’ils conservent une atmosphère sous forme de vapeur en raison de leur proximité avec leur étoile hôte. Ils ressemblent aux lunes glacées Europe et Ganymède, mais sont suffisamment proches de leur étoile pour que l’eau apparaisse sous forme de vapeur dans l’atmosphère et non sous une couche de glace.

Les astronomes espèrent que d’autres observations de l’exoplanète GJ 9827 d par le biais du JWST, prévues dans les prochains mois, permettront d’en savoir plus sur les composants de son atmosphère de vapeur.