«James-Webb» prévoit un ciel partiellement nuageux sur la Neptune ultrachaude LTT 9779 b

Par UdeMnouvelles 25 févr. 2025

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En 5 secondes Grâce au télescope spatial «James-Webb», une équipe de recherche, dirigée par un doctorant de l’IREx, dévoile des propriétés atmosphériques de l’exoplanète LTT 9779 b.

Illustration artistique de l'exoplanète LTT 9779 b
Photo : Benoit Gougeon, Université de Montréal

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Télescope Spatial James-Webb Article 20 / 27

Une équipe de recherche dirigée par Louis-Philippe Coulombe, doctorant à l’Institut Trottier de recherche sur les exoplanètes (IREx) de l’Université de Montréal, a utilisé le télescope spatial James-Webb (JWST) pour explorer l’atmosphère exotique de LTT 9779 b, une rare «Neptune ultrachaude». Les résultats de cette étude, qui seront publiés le 25 févriertypo3/#_msocom_1 dans Nature Astronomy, ouvrent de nouvelles perspectives sur les phénomènes météorologiques extrêmes et les propriétés atmosphériques de cette fascinante exoplanète.

Orbitant autour de son étoile hôte en moins d’une journée, l’exoplanète LTT 9779 b est soumise à des températures atteignant près de 2000 °C sur son côté éclairé. La planète est verrouillée gravitationnellement (comme la Lune avec la Terre), ce qui signifie qu’un côté fait constamment face à son étoile tandis que l’autre reste dans une obscurité perpétuelle. L’équipe de Louis-Philippe Coulombe a découvert que, malgré ces extrêmes, le côté éclairé de la planète abrite des nuages réfléchissants sur son hémisphère ouest, plus froid, ce qui contraste de manière frappante avec le côté est, plus chaud. «Cette planète représente un laboratoire unique pour comprendre comment les nuages et le transport de chaleur interagissent dans l’atmosphère des mondes fortement irradiés», souligne le chercheur.

L’analyse de l’équipe, réalisée grâce au JWST, a mis en évidence une asymétrie dans la réflectivité du côté éclairé de la planète. Selon l’équipe, la distribution inégale de la chaleur et des nuages serait due à des vents puissants qui transportent la chaleur autour de la planète. Ces résultats permettent d’affiner les modèles qui décrivent le transport de la chaleur sur une planète et la formation des nuages dans l’atmosphère des exoplanètes, et contribuent ainsi à combler le fossé entre la théorie et l’observation.

Björn Benneke
Photo : Amélie Philibert, Université de Montréal

L’équipe de recherche a étudié en détail l’atmosphère de l’exoplanète en analysant à la fois la chaleur qu’elle émet et la lumière qu’elle réfléchit de son étoile. Pour obtenir une image plus claire, elle a observé la planète à plusieurs endroits de son orbite et examiné ses propriétés à chaque phase individuellement. Elle a découvert des nuages constitués de matériaux tels que des minéraux silicatés, qui se forment sur le côté ouest légèrement plus froid de la planète. Ces nuages réfléchissants expliquent pourquoi cette planète est si brillante dans les longueurs d’onde visibles, car elle renvoie une grande partie de la lumière de l’étoile.

En combinant cette lumière réfléchie avec les émissions de chaleur, l’équipe a pu créer un modèle détaillé de l’atmosphère de la planète. Les résultats révèlent un équilibre délicat entre la chaleur intense de l’étoile et la capacité de la planète à redistribuer l’énergie. L’étude a également permis de détecter de la vapeur d’eau dans l’atmosphère, ce qui fournit des indices importants sur la composition de la planète et les processus qui régissent son environnement extrême.

«En modélisant en détail l’atmosphère de l’exoplanète LTT 9779 b, nous mettons au jour les processus à l’origine de ses phénomènes météorologiques extraterrestres», indique le professeur Björn Benneke, coauteur de l’étude et directeur de recherche de Louis-Philippe Coulombe.

Une étude avant-gardiste avec le JWST

Le JWST a une fois de plus démontré sa puissance en permettant aux scientifiques d’étudier l’atmosphère de l’exoplanète LTT 9779 b avec des détails sans précédent. L’équipe a utilisé l’imageur et spectrographe sans fente dans le proche infrarouge (le NIRISS, pour Near Infrared Imager and Slitless Spectrograph), l’instrument canadien du télescope, pour observer la planète pendant près de 22 heures. Elle a capté l’orbite complète de la planète autour de son étoile, y compris deux éclipses secondaires (lorsque la planète passe derrière son étoile) et un transit primaire (lorsque la planète passe devant son étoile).

Pour une exoplanète comme LTT 9779 b, qui est verrouillée gravitationnellement à son étoile, la quantité et le type de lumière observés changent au fur et à mesure de la rotation de la planète, ce qui nous révèle différentes parties de sa surface. Le côté jour réfléchit et émet plus de lumière en raison d’une chaleur intense, tandis que la face obscure, plus froide, émet moins de lumière. En saisissant les spectres à différentes phases, les scientifiques peuvent cartographier les variations de température, de composition et même de couverture nuageuse à la surface de la planète.

Michael Radica, ancien doctorant de l’UdeM et aujourd’hui chercheur postdoctoral à l’Université de Chicago, est le second auteur de cette étude. Plus tôt cette année, il a publié une analyse détaillée du spectre lumineux de la planète pendant son transit. «Il est remarquable que les deux types d’analyse présentent une image aussi claire et cohérente de l’atmosphère de la planète», note-t-il.

Les recherches ont été menées dans le cadre du programme d’observation en temps garanti NEAT (pour NIRISS Exploration of Atmospheric Diversity of Transiting Exoplanets), dirigé par le professeur David Lafrenière, de l’IREx.

L’étude démontre la capacité du JWST à observer les exoplanètes dans une gamme étendue de longueurs d’onde, ce qui permet aux scientifiques de démêler les contributions de la lumière réfléchie et de l’émission thermique. «C’est exactement le type de travaux révolutionnaires pour lesquels le JWST a été conçu», déclare le professeur Lafrenière.

Implications pour la science des exoplanètes

L’exoplanète LTT 9779 b se trouve dans le «désert de Neptune chaudes», une catégorie de planètes dont l’existence connue est rarissime. Alors que les planètes géantes en orbite très proche de leur étoile hôte (souvent appelées «Jupiter chaudes») sont couramment détectées grâce aux méthodes actuelles de recherche d’exoplanètes, les Neptune ultrachaudes, comme LTT 9779 b, restent à l’abri des instruments d’observation.

«Trouver une planète de cette taille si près de son étoile hôte, c’est comme trouver une balle de neige qui n’a pas fondu dans un incendie, illustre Louis-Philippe Coulombe. C’est un témoignage de la diversité des systèmes planétaires et une fenêtre sur la façon dont les planètes évoluent dans des conditions extrêmes.» Ce rare système planétaire continue de mettre au défi les scientifiques dans leur compréhension de la formation des planètes, de la manière dont elles migrent et de leur résistance face aux forces stellaires incessantes. Les nuages réfléchissants et la forte métallicité de la planète pourraient nous éclairer sur l’évolution des atmosphères dans des environnements extrêmes. L’exoplanète LTT 9779 b devient un laboratoire remarquable pour l’exploration de ces questions, puisqu’elle offre un aperçu des processus plus larges qui façonnent l’architecture des systèmes planétaires à travers la galaxie.

«Ces résultats nous ouvrent une nouvelle perspective pour comprendre la dynamique atmosphérique des géantes gazeuses plus petites, soutient Louis-Philippe Coulombe. Ce n’est que le début de ce que le JWST va nous révéler sur ces mondes fascinants.»

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