Dans la recherche d'Exoplanets, beaucoup recherchent des mondes habitables. Il y a du réconfort à découvrir des planètes qui nous rappellent la maison – à une distance parfaite de leur étoile hôte, avec des océans d'eau couvrant leurs surfaces et leurs atmosphères respirantes.
Certains astrophysiciens, cependant, sont curieux à propos d'un type d'exoplanet entièrement différent: le Jupiter chaud et perfide. L'un de ces scientifiques est Emily Deibert, membre des sciences du Gemini South au Chili, la moitié de l'Observatoire international des Gémeaux, exploitée par NSF Noirlab.
Un Jupiter ultra-chaud nommé HAT-P-70 B était au centre d'une étude récente menée à Gemini South, dirigée par Adam Langeveld, chercheur adjoint à l'Université Johns Hopkins, avec une équipe d'astronomes dont Deibert.
Les résultats de cette étude sont présentés dans un article apparaissant dans Les lettres de journal astrrophysique.
L'enquête de l'équipe a utilisé un nouvel instrument sur le télescope Gemini South appelé le spectrographe optique à haute résolution Gemini (fantôme). Ghost est un instrument puissant qui a la capacité d'observer simultanément un large éventail de longueurs d'onde.
Il peut également effectuer des observations avec une grande efficacité tout en atteignant une résolution de classe mondiale. Ces capacités ont permis à l'équipe de regarder profondément dans l'atmosphère de Hat-P-70 B où ils ont découvert des vents soufflant à des vitesses incroyables.
Les Jupiters chauds sont des géants du gaz qui sont similaires à notre Jupiter en taille, mais qui diffèrent considérablement du tempérament. Ils sont bien plus près de leurs étoiles hôtes que notre voisin planétaire, leur donnant des propriétés physiques notamment différentes.
Pour illustrer leurs distances, il faut à notre Jupiter près de 12 ans pour orbiter le soleil, tandis que les Jupiters chauds prennent 10 jours ou moins. Certains ont même été observés fouetter autour de leurs soleils en moins d'une journée.
Une orbite à une distance aussi rapprochée donne à ces planètes des températures de surface incroyablement élevées, d'où leur nom. Ils sont souvent verrouillés aux maréchauds, ce qui signifie qu'ils ont un côté constamment face à leur étoile en train de vivre une « journée » extrêmement chaude et un côté constamment face à l'expérience d'une « nuit » plus froide.
HAT-P-70 B est une planète très « gonflée » avec un rayon presque le double de celle de Jupiter. Il se trouve si près de son étoile hôte que son orbite est de 2,7 jours de la Terre et il a une température d'environ 2 300 ° Celsius (environ 4 200 ° Fahrenheit), ce qui en fait l'une des planètes les plus chaudes connues à ce jour. Les températures extrêmes donnent à ce Jupiter ultra-hot une atmosphère exotique avec un éventail diversifié d'atomes et d'ions métalliques gazeux.
« Ces atmosphères ultra-chauves sont des laboratoires idéaux pour étudier les exoplanètes à plus grande échelle en raison de l'opportunité fantastique de détecter et d'étudier plusieurs espèces chimiques », explique Langeveld. « En mesurant les quantités d'éléments différents, en comparant en particulier les éléments » rocheux « comme le calcium et le fer à des éléments » glacés « comme l'eau et le carbone – nous pouvons apprendre comment ils se sont formés et évolués. »
Pour étudier l'atmosphère de HAT-P-70 B, l'équipe a observé la planète Transit ou passer devant son star de l'hôte. Lorsque la lumière de l'étoile traverse l'atmosphère de la planète, les produits chimiques de l'atmosphère agissent comme un filtre qui absorbe des longueurs d'onde de lumière spécifiques.
En utilisant la spectroscopie – une méthode d'observation où la lumière d'un objet est étalée dans un spectre – l'équipe peut déterminer quels produits chimiques existent dans l'atmosphère en identifiant les modèles d'empreintes digitales de lignes d'absorption qui apparaissent dans le spectre.
Dans l'atmosphère de HAT-P-70 B, l'équipe a détecté des signatures de calcium ionisé – une forme gazeuse et très énergique de calcium qui ne peut exister que dans des environnements d'une chaleur incroyablement intense.
Ils ont constaté que le signal de calcium étend des dizaines de milliers de kilomètres dans la haute atmosphère. Mais plus important encore, la sensibilité incroyable de Ghost leur a permis de « résoudre le temps » le signal de calcium. Cela signifie qu'ils pourraient suivre comment l'absorption du calcium change du jour à la nuit de la planète.
Deibert partage son expérience en sondant l'atmosphère de Hat-P-70 B: « Nous avons été surpris par la sensibilité exceptionnelle du fantôme, qui nous a permis de mesurer les variations infimes des lignes d'absorption individuelles du calcium ionisé, fournissant ainsi des informations sur différentes régions de l'atmosphère. Ce niveau de détail a été traditionnellement difficile à réaliser dans les études d'exoplanet, en particulier pour les lignes d'absorption individuelles dans le spectre transmission. »
D'après ces observations, l'équipe a déterminé que HAT-P-70 B accueille des vents puissants qui se précipitent du bord de tous les jours torrides à la nuit plus fraîche à des vitesses allant jusqu'à 18 000 kilomètres par heure (11 000 miles par heure). Ils ont également utilisé les signaux détectés pour déduire la masse de la planète, révélant qu'il est probablement beaucoup plus léger qu'on ne le pensait auparavant – un paramètre crucial pour les comparaisons futures d'atmosphères de Jupiter ultra-chauves.
« Ce niveau de détail n'est possible qu'avec les spectrographes les plus avancés », explique Langeveld, « faisant de Ghost l'un des rares instruments au monde capable de telles mesures. »
Deibert ajoute: « Cette étude montre que Ghost a le potentiel de faire des contributions majeures à faire progresser notre compréhension de la nature 3D des atmosphères d'exoplanet, pour lesquelles il existe encore de nombreuses grandes questions sans réponse. »
Le pouvoir de résolution du temps de Ghost continuera de repousser les limites des études d'exoplanet. En fait, Gemini change le jeu pour les astronomes comme Deibert et Langeveld qui cherchent à recueillir des données spectroscopiques, ainsi que des informations optiques et infrarouges grâce à ses grands et longs programmes.
Le travail de Langeveld et Deibert fait partie d'un programme important approuvé qu'ils codigent, ce qui signifie qu'ils et leurs collaborateurs ont obtenu du temps d'observation avec Gemini pour des projets de recherche pluriannuels en études planétaires.
Les grands programmes de Gemini favoriseront les collaborations et offriront un impact significatif dans tous les domaines de l'astrophysique, ouvrant la voie à l'avenir du domaine.
