Un climat unique sur l’exoplanète Tylos
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Le 18 février 2025
- UdeMNouvelles
L'atmosphère de l’exoplanète Tylos (ou WASP-121b) est divisée en trois couches, avec des vents de fer à la base, suivis d'un courant-jet très rapide de sodium et enfin une couche supérieure de vents d'hydrogène. Ce type de climat n'a jamais été observé auparavant sur aucune planète.
Crédit : ESO/M. Kornmesser
Les premières observations en trois dimensions de l’atmosphère de l’exoplanète Tylos, auxquelles ont participé des astronomes de l'IREx, en ont révélé le climat unique.
Une équipe internationale de 19 astronomes, dont 2 de l'Université de Montréal et de l’Institut Trottier de recherche sur les exoplanètes (IREx), a scruté l'atmosphère d'une planète située au-delà du système solaire, cartographiant pour la première fois sa structure en trois dimensions.
En combinant les quatre télescopes qui composent le Very Large Telescope de l'Observatoire européen austral (VLT de l'ESO), elle a mis au jour des vents puissants qui transportent des éléments chimiques tels que le fer et le titane et qui créent des modèles météorologiques complexes dans l'atmosphère de la planète.
Cette découverte ouvre la voie à des études détaillées de la composition chimique et des conditions météorologiques d'autres mondes extraterrestres.
«L'atmosphère de cette planète se comporte d'une manière qui remet en question notre compréhension du fonctionnement des conditions météorologiques non seulement sur la Terre, mais sur toutes les planètes. On se croirait dans un film de science-fiction», déclare Julia Victoria Seidel, chercheuse de l’ESO au Chili et auteure principale de l'étude publiée aujourd'hui dans la revue Nature.
La planète Tylos – également connue sous le nom de WASP-121b – se trouve à quelque 900 années-lumière de nous, dans la constellation de la Poupe. Il s'agit d'une Jupiter ultrachaude, une géante gazeuse en orbite autour de son étoile hôte, si proche qu'une année n'y dure qu'une trentaine d'heures terrestres. De plus, un côté de la planète est brûlant, car il fait toujours face à l'étoile, tandis que l'autre côté est beaucoup plus froid.
L'équipe a sondé les profondeurs de l'atmosphère de Tylos et cette analyse a révélé des vents distincts dans des couches séparées, formant une carte de la structure 3D de l'atmosphère. C'est la première fois que des astronomes parviennent à étudier l'atmosphère d'une planète en dehors de notre système solaire avec autant de détail.
Un climat jamais encore observé sur aucune autre planète
«Ce que nous avons découvert est surprenant: un courant-jet fait tourner la matière autour de l'équateur de la planète, tandis qu'un flux distinct à des niveaux inférieurs de l'atmosphère déplace le gaz du côté chaud vers le côté plus froid. Ce type de climat n'a jamais été observé auparavant sur aucune planète», explique Julia Victoria Seidel, qui est également chercheuse au laboratoire Lagrange, rattaché à l'Observatoire de la Côte d'Azur, en France.
Le courant-jet observé s'étend sur la moitié de la planète, prenant de la vitesse et agitant violemment l'atmosphère très haut dans le ciel lorsqu'il traverse la face chaude de Tylos. «Même les ouragans les plus violents du système solaire semblent calmes par comparaison», ajoute-t-elle.
Joost Wardenier, chercheur postdoctoral à l'IREx qui a contribué à l'interprétation des données à l'aide de modèles atmosphériques en 3D de la planète, poursuit: «C'est grâce à l'instrument le plus puissant de sa catégorie, ESPRESSO, dont est doté le VLT, que nous avons maintenant un aperçu sans précédent du profil tridimensionnel du vent de l'exoplanète WASP-121b. Il s'agit d'une observation spectaculaire qui nous donne des informations clés sur le climat extrême des géantes gazeuses ultrachaudes.»
Pour découvrir la structure 3D de l'atmosphère de l'exoplanète, l'équipe a utilisé l'instrument ESPRESSO du VLT de l'ESO pour combiner la lumière de ses quatre grands télescopes en un signal unique. Ce mode combiné du VLT recueille quatre fois plus de lumière qu'un seul des télescopes, révélant ainsi des détails moins lumineux. En observant la planète pendant un transit complet devant son étoile hôte, ESPRESSO a pu détecter les signatures de plusieurs éléments chimiques, sondant ainsi différentes couches de l'atmosphère.
«Le VLT nous a permis d’étudier trois couches de l'atmosphère de l'exoplanète en une seule fois», dit Leonardo A. dos Santos, coauteur de l'étude et astronome adjoint au Space Telescope Science Institute de Baltimore, aux États-Unis.
L'équipe a suivi les mouvements du fer, du sodium et de l'hydrogène, ce qui lui a permis de repérer les vents dans les couches profondes, moyennes et superficielles de l'atmosphère de la planète, respectivement. «C'est le genre d'observation qu'il est très difficile de faire avec des télescopes spatiaux, ce qui montre l'importance des observations au sol des exoplanètes», mentionne-t-il.
Du titane bien dissimulé
Il est intéressant de noter que les observations ont également révélé la présence de titane juste en dessous du courant-jet, comme le souligne une étude complémentaire publiée dans Astronomy & Astrophysics. Il s'agit là d'une autre surprise, car les précédentes observations de la planète avaient signalé l'absence de cet élément, peut-être parce qu'il est caché dans les profondeurs de l'atmosphère.
«Il est vraiment incroyable que nous puissions étudier des détails tels que la composition chimique et les conditions météorologiques d'une planète à une distance aussi grande», déclare Bibiana Prinoth, doctorante à l'Université de Lund (Suède) et à l'ESO, qui a dirigé l'étude complémentaire et qui est coauteure de l'article paru dans la revue Nature.
Pour connaître la composition de l'atmosphère des petites planètes semblables à la Terre, des télescopes plus grands seront toutefois nécessaires. Comme l'ELT (Extremely Large Telescope) de l'ESO, actuellement en construction dans le désert chilien d'Atacama, et son instrument ANDES. «L'ELT va changer la donne pour l'étude de l'atmosphère des exoplanètes, affirme Bibiana Prinoth. Cette expérience me donne l'impression que nous sommes sur le point de découvrir des choses incroyables dont nous ne pouvons que rêver aujourd'hui.»
Romain Allart, un autre chercheur de l'IREx qui a contribué à la cueillette, à l'analyse et à l'interprétation des données, conclut: «Le niveau de détail que nous avons atteint pour établir la dynamique de l'exoplanète Tylos est époustouflant et cela n'a été possible que grâce à la capacité unique d'ESPRESSO de collecter des photons à partir du plus grand télescope optique qui existe. C'est un bel aperçu de ce que nous pourrons faire avec l'ELT au cours de la prochaine décennie. Quelle période passionnante pour l'astronomie!»
À propos de cette étude
L’article «Vertical structure of an exoplanet’s atmospheric jet stream», par Julia V. Seidel et ses collègues, a été publié le 18 février dans Nature.
Les résultats de la recherche complémentaire qui a révélé la présence de titane sont parus dans la revue Astronomy & Astrophysics dans un article intitulé «Titanium chemistry of WASP-121 b with ESPRESSO in 4-UT mode».
Relations avec les médias
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Marie-Ève Naud
Institut Trottier de recherche sur les exoplanètes (IREx)
Tél: 514-279-3222 -
Julie Gazaille
Université de Montréal
Tél: 514 343-6796
