Chaque gloire est unique, selon la composition de l'atmosphère de la planète et les couleurs de la lumière de l'étoile qui l'éclaire. WASP-76 (le « soleil » de WASP-76b) est une étoile de séquence principale jaune et blanche comme notre Soleil, mais différentes étoiles créent des gloires avec des couleurs et des motifs différents. Crédit : ESA, travaux réalisés par ATG sous contrat pour l'ESA. CC BY-SA 3.0 IGO
Pour la première fois, des signes potentiels d'un « effet de gloire » semblable à un arc-en-ciel ont été détectés sur une planète située en dehors de notre système solaire. La gloire est constituée d'anneaux de lumière concentriques colorés qui ne se produisent que dans des conditions particulières.
Les données du satellite sensible de caractérisation ExOplanet de l'ESA, Cheops, ainsi que de plusieurs autres satellites de l'ESA et NASA missions, suggèrent que ce phénomène délicat rayonne directement sur Terre depuis l’atmosphère infernale de la géante gazeuse ultra-chaude WASP-76b, à 637 années-lumière.
Souvent observé sur Terre, l'effet n'a été constaté qu'une seule fois sur une autre planète, Vénus. Si elle est confirmée, cette première gloire extrasolaire en révélera davantage sur la nature de ce mystérieux phénomène. exoplanèteavec des leçons passionnantes sur la façon de mieux comprendre des mondes étranges et lointains.
Première « Gloire » sur un monde lointain infernal ?
Les données de Cheops et de ses amis suggèrent qu'entre la chaleur et la lumière insupportables de la face ensoleillée de l'exoplanète WASP-76b et la nuit sans fin de son côté obscur, pourrait se trouver la première « gloire » extrasolaire. Cet effet, semblable à celui d'un arc-en-ciel, se produit lorsque la lumière est réfléchie par des nuages constitués d'une substance parfaitement uniforme mais jusqu'ici inconnue.
« Il y a une raison pour laquelle aucune gloire n'a été vue auparavant en dehors de notre système solaire : cela nécessite des conditions très particulières », explique Olivier Demangeon, astronome à l'Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (Institut d'astrophysique et des sciences spatiales) au Portugal et auteur principal de l'étude.
« Premièrement, vous avez besoin de particules atmosphériques presque parfaitement sphériques, complètement uniformes et suffisamment stables pour être observées sur une longue période. L'étoile la plus proche de la planète doit briller directement sur elle, avec l'observateur – ici Khéops – dans la bonne orientation.
Composite en fausses couleurs d'une « gloire » vue sur Vénus le 24 juillet 2011. L'image est composée de trois images aux longueurs d'onde ultraviolette, visible et proche infrarouge provenant de la caméra de surveillance de Vénus. Les images ont été prises à 10 secondes d’intervalle et, en raison du mouvement du vaisseau spatial, ne se chevauchent pas parfaitement. La gloire s'étend sur 1 200 km de diamètre, vue depuis le vaisseau spatial, à 6 000 km de distance. Crédit : ESA/MPS/DLR/IDA
Si elle est confirmée, cette première gloire exoplanétaire constituerait un bel outil pour mieux comprendre la planète et l’étoile qui l’a formée.
« Ce qu'il est important de garder à l'esprit, c'est l'ampleur incroyable de ce à quoi nous sommes témoins », explique Matthew Standing, chercheur à l'ESA qui étudie les exoplanètes.
« WASP-76b se trouve à plusieurs centaines d’années-lumière – une planète géante gazeuse extrêmement chaude où il pleut probablement du fer en fusion. Malgré le chaos, il semble que nous ayons détecté les signes potentiels d'une gloire. C'est un signal incroyablement faible.
Ce résultat démontre la puissance de la mission Cheops de l'ESA pour détecter des phénomènes subtils et inédits sur des mondes lointains.
Cette illustration montre une vue nocturne de l'exoplanète WASP-76b. L’exoplanète géante ultra-chaude a une face diurne où les températures grimpent au-dessus de 2 400 degrés Celsius, suffisamment élevées pour vaporiser les métaux. Les vents forts transportent la vapeur de fer vers le côté nocturne plus frais où elle se condense en gouttelettes de fer. À gauche de l’image, nous voyons la bordure nocturne de l’exoplanète, là où elle passe du jour à la nuit. Crédit : ESO/M. Messager de Korn
Une planète infernale avec des membres déséquilibrés
WASP-76b est un ultra chaud Jupiter-comme une planète. Bien qu’il soit 10 % moins massif que notre cousin rayé, il fait presque le double de sa taille. Tournant étroitement autour de son étoile hôte douze fois plus près que Mercure brûlée ne tourne autour de notre Soleil, l'exoplanète est « gonflée » par un rayonnement intense.
Depuis sa découverte en 2013, WASP-76b a fait l’objet d’un examen minutieux et un tableau étrangement infernal s’est dessiné. Un côté de la planète fait toujours face au Soleil, atteignant des températures de 2 400 degrés. Celsius. Ici, les éléments qui formeraient des roches sur Terre fondent et s'évaporent, pour ensuite se condenser du côté nocturne légèrement plus frais, créant des nuages de fer qui dégoulinent d'une pluie de fer en fusion.
Mais les scientifiques ont été intrigués par une apparente asymétrie, ou bizarrerie, dans les « membres » de WASP-76b – ses régions les plus externes vues lorsqu'il passe devant son étoile hôte.
Les données de différentes missions de l'ESA et de la NASA, notamment TESS, Hubble et Spitzer, ont également été analysées dans cette étude révélatrice, mais c'est lorsque Cheops de l'ESA et la NASA TESS ont travaillé ensemble pour que des indices du phénomène de gloire commencent à apparaître.
Vue d'artiste de CHEOPS en orbite au-dessus de la Terre. Dans cette vue, le couvercle du télescope du satellite est fermé. Crédit : ESA/ATG medialab
Khéops a surveillé de manière intensive WASP-76b alors qu'il passait devant et autour de son étoile semblable au Soleil. Après 23 observations sur trois ans, les données ont montré une augmentation surprenante de la quantité de lumière provenant du « terminateur » oriental de la planète – la frontière entre la nuit et le jour. Cela a permis aux scientifiques de démêler et de limiter l’origine du signal.
«C'est la première fois qu'un changement aussi brutal est détecté dans la luminosité d'une exoplanète, sa 'courbe de phase'», explique Olivier.
« Cette découverte nous amène à émettre l'hypothèse que cette lueur inattendue pourrait être provoquée par une réflexion forte, localisée et anisotrope (directionnellement dépendante) – l'effet de gloire. »
Se prélasser dans la gloire réfléchie de WASP-76b
Bien que l’effet de gloire crée des motifs semblables à ceux d’un arc-en-ciel, les deux ne sont pas identiques. Les arcs-en-ciel se forment lorsque la lumière du soleil traverse un milieu ayant une certaine densité vers un milieu ayant une densité différente – par exemple de l’air à l’eau – ce qui provoque une courbure (réfraction) de sa trajectoire. Différentes longueurs d'onde sont courbées selon des valeurs différentes, provoquant la division de la lumière blanche en ses différentes couleurs et créant l'arc rond familier d'un arc-en-ciel.
Vues simulées des phénomènes de gloire sur Vénus (à gauche) et sur la Terre (à droite), sans tenir compte des effets de brume ou de luminosité des nuages en arrière-plan. Les gloires se produisent lorsque la lumière du soleil brille sur les gouttelettes des nuages – des particules d’eau dans le cas de la Terre et des particules d’acide sulfurique pour Vénus. La principale différence entre l’apparence de la gloire sur Vénus et sur Terre ne réside pas dans la composition, mais plutôt dans la taille des particules. Les gouttelettes des nuages sur Terre ont généralement un diamètre compris entre 10 et 40 millièmes de millimètre, mais sur Vénus, les gouttelettes trouvées au sommet des nuages sont beaucoup plus petites, généralement pas plus de 2 millièmes de millimètre de diamètre. Pour cette raison, les franges colorées sont plus espacées qu’elles ne le seraient sur Terre. Crédit : C. Wilson/P. Laven
La gloire, cependant, se forme lorsque la lumière passe entre une ouverture étroite, par exemple entre des gouttelettes d'eau dans des nuages ou du brouillard. Encore une fois, le chemin de la lumière est courbé (dans ce cas, diffracté), créant le plus souvent des anneaux de couleur concentriques, avec des interférences entre les ondes lumineuses créant des motifs d'anneaux clairs et sombres.
Ce que signifierait la première gloire lointaine
La confirmation de l'effet de gloire signifierait la présence de nuages constitués de gouttelettes parfaitement sphériques, ayant duré au moins trois ans ou se reconstituant constamment. Pour que de tels nuages persistent, il faudrait également que la température de l’atmosphère soit stable dans le temps – un aperçu fascinant et détaillé de ce qui pourrait se passer à WASP-76b.
Plus important encore, être capable de détecter de si petites merveilles si loin apprendra aux scientifiques et aux ingénieurs comment détecter d’autres phénomènes difficiles à voir mais critiques. Par exemple, la lumière du soleil se reflétant sur les lacs et les océans liquides – une condition nécessaire à l’habitabilité.
Une preuve glorieuse à l’horizon
« Des preuves supplémentaires sont nécessaires pour affirmer de manière concluante que cette fascinante « lumière supplémentaire » est une gloire rare », explique Theresa Lüftinger, scientifique du projet pour la prochaine mission Ariel de l'ESA.
« Les observations de suivi de l'instrument NIRSPEC à bord du télescope spatial James Webb NASA/ESA/CSA pourraient faire l'affaire. Ou bien la prochaine mission Ariel de l'ESA pourrait prouver sa présence. Nous pourrions même trouver des couleurs plus glorieusement révélatrices provenant d’autres exoplanètes.
Olivier conclut : « J’ai participé à la première détection de lumière asymétrique provenant de cette étrange planète – et depuis, je suis très curieux d’en connaître la cause. Il a fallu du temps pour en arriver là, avec des moments où je me suis demandé : « Pourquoi insistez-vous là-dessus ? Il vaudrait peut-être mieux faire autre chose de votre temps. Mais lorsque cette fonctionnalité est apparue à partir des données, nous avons ressenti un sentiment très particulier, une satisfaction particulière qui n'arrive pas tous les jours.
Pour en savoir plus sur cette découverte, voir « Arc-en-ciel » détecté sur une exoplanète qui pleut du fer en fusion.
