D’ici la fin de l’année 2025, on va fêter les 30 ans de la découverte d’une exoplanète autour d’une étoile encore sur la séquence principale comme l’est notre Soleil (on avait découvert des exoplanètes en orbite autour de pulsarspulsars quelques années auparavant). Que de chemin parcouru aujourd’hui, comme le montre le retour sur le devant de la scène (avec deux articles publiés respectivement dans Nature et la revue Astronomy & Astrophysics) d’une exoplanète déjà célèbre : WASP-121 b.
Comme son nom l’indique, elle a été découverte dans le cadre de WASP (Wide Angle Search for Planets ou « recherche à angle large de planètes »), un projet de recherche d’exoplanètes par la méthode du transit astronomiquetransit astronomique mené avec deux instruments identiques installés sur les sites de deux observatoires, à savoir l’Observatoire du Roque de los Muchachos et l’observatoire astronomique sud-africain.
La météorologie d’une Jupiter ultra-chaude
Rappelons avant d’expliquer ce qu’il y a de nouveau aujourd’hui avec WASP-121 b, qu’il s’agit d’une Jupiter chaudeJupiter chaude, et même ultra-chaude, en rotation synchronesynchrone autour d’une étoile dans la constellationconstellation de la Poupe de l’hémisphère Sudhémisphère Sud et située à environ 880 années-lumièreannées-lumière du Système solaireSystème solaire. Un peu plus massive et grande que Jupiter, elle présente donc toujours la même face à son étoile hôte autour de laquelle elle boucle son orbite en 30 heures environ, ce qui explique que sa face diurnediurne soit portée à près de 3 000 kelvinskelvins.
WASP-121 b avait déjà fait l’objet d’observations avec HubbleHubble concernent des transits devant et derrière l’étoile, qui a été surnommée Dilmun (en sumérien kur.dilmun.na, Tilmun en akkadien) en référence à une contrée mentionnée durant toute l’histoire de la Mésopotamie ancienne, alors que WASP-121 b a été surnommée Tylos, le nom grec de Bahreïn, un petit État insulaire d’Arabie, situé près de la côte ouest du golfe Persique, au Moyen-Orient. En fait, Tylos désigne aussi Dilmun.
La lumière émise par Tylos a aussi été enregistrée par Hubble lors de ses phases, telle celles de VénusVénus, en orbite autour de Dilmun. Au final, les données collectées pouvaient être comparées à celles générées par un modèle atmosphérique avec des écoulements de gazgaz, des changements de température et de composition chimique de Tylos. Les chercheurs avaient alors constaté qu’ils observaient bien les signes de changement météorologique dans l’atmosphèreatmosphère de WASP-121 b sur plusieurs années.
Une atmosphère planétaire possède une signature spectrale qui représente sa composition chimique, mais également sa composition en nuages et « brouillard ». Grâce à plusieurs techniques, il est possible de déterminer les caractéristiques physico-chimiques de l’atmosphère d’une exoplanète. Parmi ces techniques : le transit spectroscopique, le transit secondaire ou éclipse, l’observation spectroscopique directe de la planète ou encore l’observation de la planète à différentes phases autour de l’étoile afin de mesurer des variations temporelles et saisonnières. Partez à la découverte des exoplanètes à travers notre websérie en 9 épisodes à retrouver sur notre chaîne YouTube. Une playlist proposée par le CEA et l’Université Paris-Saclay dans le cadre du projet de recherche européen H2020 Exoplanets-A. © CEA
Des couches atmosphériques avec des compositions chimiques différentes
Les astrophysiciensastrophysiciens vont plus loin aujourd’hui avec WASP-121 b car, comme l’explique un communiqué de l’ESOESO, en combinant les quatre télescopestélescopes du Very Large TelescopeVery Large Telescope de l’Observatoire européen austral (VLT de l’ESO), ils ont cartographié pour la première fois la structure en trois dimensions de son atmosphère et il s’agit même à cet égard d’une grande première !
Pour la réussite de cette détermination, les chercheurs ont utilisé l’instrument Espresso (Echelle Spectrograph for Rocky Exoplanet – and Stable Spectroscopic Observations, soit en français « SpectrographeSpectrographe échelle pour l’observation de planètes rocheusesplanètes rocheuses et des observations spectroscopiques stables »), un spectrographe échelle de troisième génération qui est le successeur d’une série de spectrographes échelle, qui incluent Coravel, Elodie, Coralie et le célèbre Harps.
Espresso a pu détecter les signatures spectrales de plusieurs éléments chimiqueséléments chimiques, tels que le ferfer et le titanetitane, sondant ainsi différentes couches de l’atmosphère de WASP-121 b via des modèles météorologiquesmodèles météorologiques complexes de la planète.
Les chercheurs auteurs de cette performance ont fait différentes déclarations que l’on peut trouver dans le communiqué de l’ESO.
Des astronomes ont révélé pour la première fois la structure 3D de l’atmosphère d’une exoplanète. Tylos (ou WASP-121b) est une exoplanète gazeuse géante située à quelque 900 années-lumière. Les astronomes ont pu distinguer trois couches différentes dans son atmosphère, où les vents transportent des éléments comme l’hydrogène, le sodium et le fer à des vitesses extrêmes, créant des phénomènes météorologiques jamais observés auparavant. Ce résultat a été obtenu en combinant les quatre télescopes du Very Large Telescope de l’ESO, au Chili. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l’écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © ESO. Musique : Stellardrone – Je n’appartiens pas à ici ; Scénario : A. Izquierdo Lopez, S. Bromilow Images et photos : ESO, L. Calçada, M. Kornmesser, D. Gasparri, C. Malin Montage : A. Tsaousis
Ainsi, pour Julia Victoria Seidel, chercheuse à l’Observatoire européen austral (ESO), au Chili, et au laboratoire Lagrange (qui fait partie de l’Observatoire de la Côte d’Azur, en France) et auteure principale de l’étude publiée aujourd’hui dans la revue Nature : « 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. Ce que nous avons découvert est surprenant : un courant-jetcourant-jet fait tourner la matièrematière autour de l’équateuréquateur 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 climatclimat n’a jamais été observé auparavant sur aucune planète. Même les ouragansouragans les plus violents du Système solaire semblent calmes en comparaison. »
Des observations très difficiles à faire avec des télescopes spatiaux
« Le VLT nous a permis de sonder trois couches différentes de l’atmosphère de l’exoplanète en une seule fois. C’est le genre d’observation qu’il est très difficile de faire avec des télescopes spatiaux, ce qui souligne l’importance des observations au sol des exoplanètes », ajoute Leonardo A. dos Santos, co-auteur de l’étude et astronomeastronome adjoint au Space Telescope Science Institute de Baltimore, aux États-Unis.
Bibiana Prinoth, doctorante à l’université de Lund (Suède) et à l’ESO, qui a dirigé l’étude complémentaire parue dans Astronomy & Astrophysics et qui est coauteur de l’article paru dans la revue Nature, explique quant à elle qu’avec notamment l’ELT (Extremely Large TelescopeExtremely Large Telescope) de l’ESO, actuellement en constructionconstruction dans le désertdésert chilien d’Atacama, et de son instrument Andes, une cartographie 3D de l’atmosphère des petites planètespetites planètes semblables à la Terre sera à portée de main car « l’ELT va changer la donne pour l’étude de l’atmosphère des exoplanètes. 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 ».
