Les astronomes ont détecté des activités météorologiques dynamiques, telles que des cyclones massifs, sur l’exoplanète inhabitable WASP-121 b à l’aide du télescope spatial Hubble de la NASA. Cette découverte, cruciale pour étudier la météo planétaire lointaine, est rendue possible par des observations détaillées et des modèles informatiques avancés. Crédits : NASA, ESA, Quentin Changeat (ESA/STScI), Mahdi Zamani (ESA/Hubble)
Temps orageux affiché sur un « Jupiter chaud »
Le JupiterLa planète de la taille de WASP-121 b n’est pas un endroit où se sentir chez soi. Pour commencer, elle orbite très près d’une étoile plus brillante et plus chaude que le Soleil. La planète est si dangereusement proche de son étoile que sa haute atmosphère atteint une température fulgurante de 3 400 degrés. Fahrenheit – plus chaud qu’un haut fourneau en acier.
Un torrent de lumière ultraviolette provenant de l’étoile hôte réchauffe la haute atmosphère de la planète, ce qui provoque la fuite du magnésium et du fer gazeux dans l’espace. Les puissantes forces de marée gravitationnelles de l’étoile ont modifié la forme de la planète, lui donnant une forme plus semblable à celle d’un ballon de football. En combinant plusieurs années de Le télescope spatial Hubble Grâce à des observations faites par modélisation informatique, les astronomes ont trouvé des preuves de cyclones massifs tourbillonnant sur la planète infernale. Les cyclones sont créés et détruits à plusieurs reprises en raison de la grande différence de température entre le côté faisant face aux étoiles et le côté sombre de la nuit. exoplanète.
Il s’agit d’une vue d’artiste de l’exoplanète WASP-121 b, également connue sous le nom de Tylos. L’apparence de l’exoplanète est basée sur les données de simulation Hubble de l’objet. À l’aide des observations de Hubble, une autre équipe de scientifiques avait précédemment signalé la détection de métaux lourds tels que le magnésium et le fer s’échappant de la haute atmosphère de l’exoplanète ultra-chaude Jupiter ; le marquant comme le premier d’une telle détection. L’exoplanète orbite dangereusement près de son étoile hôte, à environ 2,6 % de la distance entre la Terre et le Soleil, ce qui la place sur le point d’être déchirée par les forces de marée de l’étoile. Les puissantes forces gravitationnelles ont modifié la forme de la planète. Crédits : NASA, ESA, Quentin Changeat (ESA/STScI), Mahdi Zamani (ESA/Hubble)
Le télescope spatial Hubble observe l’évolution de l’atmosphère d’une exoplanète sur 3 ans
En combinant plusieurs années d’observations de NASAGrâce au télescope spatial Hubble, en plus d’effectuer une modélisation informatique, les astronomes ont trouvé des preuves de cyclones massifs et d’autres activités météorologiques dynamiques tourbillonnant sur une planète chaude de la taille de Jupiter, à 880 années-lumière.
La planète, appelée WASP-121 b, n’est pas habitable. Mais ce résultat constitue une première étape importante dans l’étude des régimes météorologiques sur des mondes lointains, et peut-être éventuellement dans la découverte d’exoplanètes potentiellement habitables avec des climats stables à long terme.
Au cours des dernières décennies, des observations détaillées au télescope et par satellite des planètes voisines de notre système solaire montrent que leurs atmosphères turbulentes ne sont pas statiques mais changent constamment, tout comme la météo sur Terre. Cette variabilité devrait également s’appliquer aux planètes autour d’autres étoiles. Mais il faut beaucoup d’observations détaillées et de modélisation informatique pour mesurer réellement ces changements.
Une percée dans l’observation météorologique des exoplanètes
Pour faire cette découverte, une équipe internationale d’astronomes a rassemblé et retraité les observations Hubble de WASP-121 b prises en 2016, 2018 et 2019.
Ils ont découvert que la planète possède une atmosphère dynamique qui évolue avec le temps. L’équipe a utilisé des techniques de modélisation sophistiquées pour démontrer que ces variations temporelles spectaculaires pouvaient s’expliquer par les conditions météorologiques de l’atmosphère de l’exoplanète.
Cette visualisation montre les prévisions de température sur 130 jours d’exoplanète, au lever, midi, coucher du soleil et minuit pour l’exoplanète WASP-121 b, également connue sous le nom de Tylos. Les régions jaunes plus brillantes représentent les zones du côté jour de l’exoplanète où les températures dépassent largement 2 100 degrés Kelvin (3 320 degrés Fahrenheit) ; en raison de la proximité de son étoile hôte, soit environ 2,6 % de la distance de la Terre au Soleil. En raison de la différence extrême de température entre le côté jour et le côté nuit, les astronomes soupçonnent que le fer évaporé et d’autres métaux lourds s’échappant dans les couches supérieures de l’atmosphère du côté jour retombent partiellement sur les couches inférieures, provoquant ainsi une pluie de fer la nuit. Certains métaux lourds échappent également à la gravité de la planète depuis la haute atmosphère. Crédits : NASA, ESA, Quentin Changeat (ESA/STScI), Mahdi Zamani (ESA/Hubble)
L’équipe a découvert que l’atmosphère de WASP-121 b présente des différences notables entre les observations. Le plus dramatique est qu’il pourrait y avoir des fronts météorologiques massifs, des tempêtes et des cyclones massifs qui seraient créés et détruits à plusieurs reprises en raison de la grande différence de température entre la face faisant face aux étoiles et la face sombre de l’exoplanète. Ils ont également détecté un décalage apparent entre la région la plus chaude de l’exoplanète et le point de la planète le plus proche de l’étoile, ainsi qu’une variabilité dans la composition chimique de l’atmosphère de l’exoplanète (telle que mesurée par spectroscopie).
L’équipe est parvenue à ces conclusions en utilisant des modèles informatiques pour aider à expliquer les changements observés dans l’atmosphère de l’exoplanète. « Les détails remarquables de nos simulations de l’atmosphère des exoplanètes nous permettent de modéliser avec précision la météo sur des planètes ultra-chaudes comme WASP-121 b », a expliqué Jack Skinner, chercheur postdoctoral au California Institute of Technology de Pasadena, en Californie, et co-responsable de l’étude. de cette étude. « Ici, nous faisons un pas en avant significatif en combinant les contraintes d’observation avec des simulations atmosphériques pour comprendre les conditions météorologiques qui varient dans le temps sur ces planètes. »
« Il s’agit d’un résultat extrêmement passionnant à l’heure où nous progressons dans l’observation des conditions météorologiques sur les exoplanètes », a déclaré l’un des principaux chercheurs de l’équipe, Quentin Changeat. Agence spatiale européenne Chercheur au Space Telescope Science Institute de Baltimore, Maryland. « L’étude de la météo des exoplanètes est essentielle pour comprendre la complexité des atmosphères des exoplanètes sur d’autres mondes, en particulier dans la recherche d’exoplanètes offrant des conditions habitables. »
Cette visualisation montre les conditions météorologiques sur l’exoplanète WASP-121 b, également connue sous le nom de Tylos. Cette vidéo a été ralentie pour observer plus en détail les modèles de l’atmosphère de l’exoplanète. Crédits : NASA, ESA, Quentin Changeat (ESA/STScI), Mahdi Zamani (ESA/Hubble)
WASP-121 b : Une étude de cas dans les atmosphères exoplanétaires
WASP-121 b est si proche de son étoile mère que la période orbitale n’est que de 1,27 jours. Cette proximité signifie que la planète est verrouillée par les marées, de sorte que le même hémisphère fait toujours face à l’étoile, de la même manière que notre Lune a toujours le même côté pointé vers la Terre. Les températures diurnes approchent les 3 450 degrés Fahrenheit (2 150 degrés Kelvin) du côté de la planète faisant face aux étoiles.
L’équipe a utilisé quatre séries d’observations d’archives Hubble de WASP-121 b. L’ensemble complet de données comprenait des observations de WASP-121 b transitant devant son étoile (prises en juin 2016) ; WASP-121 b passant derrière son étoile, également connue sous le nom d’éclipse secondaire (prise en novembre 2016) ; et la luminosité de WASP-121 b en fonction de son angle de phase par rapport à l’étoile (la quantité variable de lumière reçue sur Terre par une exoplanète alors qu’elle orbite autour de son étoile mère, similaire au cycle de phase de notre Lune). Ces données ont été prises respectivement en mars 2018 et février 2019.
« L’ensemble de données assemblé représente une quantité importante de temps d’observation pour une seule planète et constitue actuellement le seul ensemble cohérent d’observations répétées de ce type », a déclaré Changeat. Les informations que nous avons extraites de ces observations ont été utilisées pour déduire la chimie, la température et les nuages de l’atmosphère de WASP-121 b à différents moments. Cela nous a fourni une image exquise de l’évolution de la planète au fil du temps.
Les capacités uniques de Hubble sont également évidentes dans le vaste éventail de programmes scientifiques qu’il permettra grâce à ses observations du cycle 31, qui ont débuté le 1er décembre. Environ les deux tiers du temps de Hubble seront consacrés aux études d’imagerie, tandis que le reste sera consacré aux études de spectroscopie. , comme ceux utilisés pour WASP-121 b. Plus de détails sur les sciences du cycle 31 figurent dans une annonce récente.
Le télescope spatial Hubble est un projet de coopération internationale entre la NASA et l’ESA. Le Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland, gère le télescope. Le Space Telescope Science Institute (STScI) de Baltimore, dans le Maryland, mène les opérations scientifiques de Hubble et Webb. STScI est exploité pour la NASA par l’Association des universités de recherche en astronomie, à Washington, DC.
