Les découvertes astronomiques récentes continuent de repousser les limites de notre compréhension des exoplanètes et de leurs atmosphères. Une équipe de chercheurs des universités de Berne, de l’Université du Nouveau-Mexique et du California Institute of Technology a utilisé le télescope spatial James Webb pour détecter des indices d’une atmosphère autour de l’exoplanète rocheuse 55 Cancri e. Publiée dans la revue Nature, cette étude apporte des informations inédites sur la capacité des planètes à régénérer leurs atmosphères malgré des conditions extrêmes. Cela ouvre de nouvelles perspectives dans la quête de mondes potentiellement habitables.
55 Cancri e : Une Super-Terre Unique
55 Cancri e, également connue sous le nom de Janssen, est classée comme une « super-Terre ». Cette exoplanète rocheuse chaude se situe à 41 années-lumière de la Terre, dans la constellation du cancer. Elle possède un rayon presque deux fois supérieur à celui de la Terre. On estime sa masse environ neuf fois plus importante que notre planète. Située très près de son étoile, 55 Cancri A, cette exoplanète complète une orbite en seulement 17 heures terrestres. En raison de cette proximité, sa surface devrait atteindre des températures extrêmes.
Les observations initiales de 55 Cancri e avaient révélé une atmosphère composée principalement d’hydrogène et d’hélium. Elle ressemble à celle de Jupiter. Cependant, l’intense rayonnement stellaire a rapidement dépouillé la planète de cette première enveloppe gazeuse. Cette perte est commune chez les exoplanètes rocheuses situées très près de leurs étoiles.
La Découverte d’une Atmosphère Secondaire
Récemment, des mesures effectuées par le JWST ont montré des émissions thermiques indiquant la présence d’une atmosphère secondaire. L’équipe a utilisé la NIRCam (Near-Infrared Camera) et le MIRI (Mid-Infrared Instrument) de Webb pour mesurer la lumière infrarouge de 4 à 12 microns provenant de la planète. Bien que Webb ne puisse pas capturer une image directe de 55 Cancri e, il peut mesurer les changements subtils de la lumière du système lorsque la planète tourne autour de l’étoile.
Cette découverte a donc été réalisée lors d’une éclipse secondaire, lorsque la planète est passée derrière son étoile. Comme l’explique le communiqué, en soustrayant la luminosité pendant l’ éclipse secondaire (lumière des étoiles uniquement), de la luminosité lorsque la planète est juste à côté de l’étoile (lumière de l’étoile et de la planète combinées), l’équipe a pu calculer la quantité de différentes longueurs d’onde de lumière infrarouge provenant du côté jour de la planète. Cette méthode de spectroscopie d’éclipse secondaire est similaire à celle utilisée pour rechercher des atmosphères sur d’autres exoplanètes rocheuses, comme TRAPPIST-1 b.
Les scientifiques pensent que cette atmosphère secondaire résulte d’un processus de dégazage volcanique. En raison des températures élevées, la surface de 55 Cancri e est recouverte de lave en fusion. Cela facilite la libération continue de gaz.
Plus frais que prévu
Les premières indications de l’existence d’une atmosphère substantielle autour de 55 Cancri e proviennent des mesures de température basées sur son émission thermique. C’est-à-dire l’énergie thermique émise sous forme de lumière infrarouge. Si cette planète était recouverte de roches en fusion sombres avec un mince voile de roche vaporisée, ou sans atmosphère du tout, la température du côté exposé à la lumière devrait avoisiner les 2 200 degrés Celsius.
« Au lieu de cela, les données recueillies par MIRI ont montré une température relativement basse. Environ 1 540 degrés Celsius », a déclaré Renyu Hu, chercheur au California Institute of Technology. « Cela indique fortement que l’énergie est transférée du côté jour vers le côté nuit. Probablement grâce à une atmosphère riche en volatils». Bien que les courants de lave puissent transporter une certaine chaleur vers le côté nuit, ils ne peuvent pas le faire de manière suffisamment efficace pour expliquer cet effet de refroidissement.
En examinant les données du NIRCam, l’équipe a observé des tendances cohérentes avec la présence d’une atmosphère riche en composés volatils. « Nous constatons une diminution du spectre entre 4 et 5 microns. [Concrètement] moins de cette lumière atteint le télescope », explique le co-auteur Aaron Bello-Arufe, du NASA JPL. « Cela suggère la présence d’une atmosphère contenant du monoxyde de carbone ou du dioxyde de carbone, qui absorbent ces longueurs d’onde de lumière ». Une planète dépourvue d’atmosphère ou possédant une atmosphère constituée uniquement de roches vaporisées ne présenterait pas cette caractéristique spectrale.
Implications de la découverte
La capacité de 55 Cancri e à régénérer une atmosphère après en avoir perdu une première offre des perspectives pour l’étude des exoplanètes. Mais elle soulève également des questions sur les conditions nécessaires à la formation et au maintien des atmosphères planétaires. Renyu Hu, chercheur au California Institute of Technology souligne que la taille de la planète joue un rôle crucial dans la rétention de ces gaz contre le rayonnement stellaire.
Une réponse à « Une atmosphère potentielle détectée sur l’exoplanète 55 Cancri e grâce à James Webb »
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