L'exoplanète tempérée LHS 1140 b pourrait être un monde entièrement recouvert de glace (à gauche), semblable à Europe, la lune de Jupiter, ou un monde de glace avec un océan liquide sous-stellaire et une atmosphère nuageuse (au centre). LHS 1140 b fait 1,7 fois la taille de notre planète Terre (à droite) et est l'exoplanète de zone habitable la plus prometteuse jamais découverte dans le cadre de la recherche d'eau liquide au-delà du système solaire. Crédit : Benoit Gougeon, Université de Montréal
Une équipe d'astronomes a fait une découverte passionnante sur les climats tempérés. exoplanète LHS 1140 b : il pourrait s’agir d’une « super-Terre » prometteuse recouverte de glace ou d’eau.
LHS 1140 b, autrefois considéré comme un mini-Neptuneest désormais considérée comme une possible super-Terre avec une atmosphère riche en azote, comme le suggère Télescope spatial James Webb données. Située dans une zone habitable, elle pourrait réunir des conditions favorables à la présence d'eau liquide, ce qui en ferait un objectif clé pour les futures études astrobiologiques.
Lors de sa découverte, les astronomes ont émis l'hypothèse que l'exoplanète LHS 1140 b pourrait être une mini-Neptune. Cela signifie qu'il s'agirait d'une planète essentiellement gazeuse, mais de très petite taille par rapport à Neptune. Cependant, après avoir analysé les données du télescope spatial James Webb (JWST) collectées en décembre 2023, combinées à des données antérieures d'autres télescopes spatiaux tels que Spitzer, Hubble et TESS — les scientifiques sont arrivés à une conclusion très différente.
Située à environ 48 années-lumière de la Terre dans la constellation de la Baleine, LHS 1140 b semble être l'une des exoplanètes les plus prometteuses de la zone habitable de son étoile, abritant potentiellement une atmosphère et même un océan d'eau liquide. Les résultats de cette découverte des astronomes de l'Université de Montréal sont disponibles sur ArXiv et seront bientôt publiés dans Le Lettres de revues astrophysiques.

Le télescope spatial James Webb est le télescope spatial le plus avancé à ce jour. Il excelle dans l'étude des exoplanètes. Sa technologie de pointe permet aux astronomes de sonder l'atmosphère de mondes lointains, d'analyser leur composition et d'évaluer leur potentiel à abriter la vie. Crédit : Northrup Grumman
Une exoplanète dans la « zone Boucle d'or »
LHS 1140 b, une exoplanète en orbite autour d'une naine rouge de faible masse mesurant environ un cinquième de la taille du Soleil, a captivé les scientifiques car elle est l'une des exoplanètes les plus proches de notre système solaire et se trouve dans la zone habitable de son étoile. Les exoplanètes découvertes dans cette « zone de Boucle d'or » ont des températures qui permettraient à l'eau d'exister sous forme liquide, l'eau liquide étant un élément crucial pour la vie telle que nous la connaissons sur Terre.
Plus tôt cette année, des chercheurs dirigés par Charles Cadieux, étudiant au doctorat à l'Institut Trottier de recherche sur les exoplanètes (iREx) de l'UdeM, supervisé par le professeur René Doyon, ont rapporté de nouvelles estimations de masse et de rayon pour LHS 1140 b avec des résultats exceptionnels. précisioncomparables à celles des célèbres planètes TRAPPIST-1 : 1,7 fois la taille de la Terre et 5,6 fois sa masse.

Charles Cadieux, doctorant à l'Institut Trottier de recherche sur les exoplanètes et à l'Université de Montréal, est l'auteur principal de l'étude. Crédit : Courtoisie
L’une des questions cruciales concernant LHS 1140 b était de savoir s’il s’agissait d’une exoplanète de type mini-Neptune (une petite géante gazeuse dotée d’une épaisse atmosphère riche en hydrogène) ou d’une super-Terre (une planète rocheuse plus grande que la Terre). Ce dernier scénario incluait la possibilité d’un « monde hycéen » avec un océan liquide global enveloppé d’une atmosphère riche en hydrogène qui présenterait un signal atmosphérique distinct qui pourrait être observé à l’aide du puissant télescope Webb.
De nouvelles informations issues des données Webb
Au terme d'un processus extrêmement compétitif, l'équipe d'astronomes a obtenu en décembre dernier un précieux « temps discrétionnaire du directeur » (DDT) sur Webb, au cours duquel deux transits de LHS 1140 b ont été observés avec l'instrument canadien NIRISS (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph). Ce programme DDT est seulement le deuxième consacré à l'étude des exoplanètes au cours des presque deux années d'activité de Webb, ce qui souligne l'importance et l'impact potentiel de ces découvertes.
L'analyse de ces observations a fortement exclu le scénario d'une mini-Neptune, avec des preuves convaincantes suggérant que l'exoplanète LHS 1140 b est une super-Terre qui pourrait même avoir une atmosphère riche en azote. Si ce résultat est confirmé, LHS 1140 b serait la première planète tempérée à montrer des signes d'une atmosphère secondaire, formée après la formation initiale de la planète.
Les estimations basées sur toutes les données accumulées révèlent que LHS 1140 b est moins dense que prévu pour une planète rocheuse de composition semblable à la Terre, ce qui suggère que 10 à 20 % de sa masse pourrait être composée d'eau. Cette découverte suggère que LHS 1140 b est un monde aquatique fascinant, ressemblant probablement à une boule de neige ou à une planète de glace avec un océan liquide potentiel au point substellaire, la zone de la surface de la planète qui serait toujours tournée vers l'étoile hôte du système en raison de la rotation synchrone attendue de la planète (un peu comme la Lune de la Terre).

René Doyon. Crédit : Amélie Philibert, Université de Montréal
« De toutes les exoplanètes tempérées actuellement connues, LHS 1140 b pourrait bien être notre meilleure chance de confirmer indirectement la présence d’eau liquide à la surface d’un monde extraterrestre au-delà de notre système solaire », a déclaré Cadieux, auteur principal de la nouvelle étude. « Cela constituerait une étape majeure dans la recherche d’exoplanètes potentiellement habitables. »
Présence possible d'une atmosphère et d'un océan
Bien qu'il ne s'agisse que d'un résultat provisoire, la présence d'une atmosphère riche en azote sur LHS 1140 b suggère que la planète a conservé une atmosphère substantielle, créant des conditions propices à la présence d'eau liquide. Cette découverte favorise le scénario d'un monde aquatique/boule de neige comme le plus plausible.
Les modèles actuels indiquent que si LHS 1140 b possède une atmosphère semblable à celle de la Terre, ce serait une planète boule de neige avec un vaste océan en forme de « cible » mesurant environ 4 000 kilomètres de diamètre, soit l’équivalent de la moitié de la surface de l’océan Atlantique. La température de surface au centre de cet océan extraterrestre pourrait même atteindre 20 degrés. Celsius.
L'atmosphère potentielle de LHS 1140 b et ses conditions favorables à la formation d'eau liquide en font un candidat exceptionnel pour de futures études d'habitabilité. Cette planète offre une opportunité unique d'étudier un monde susceptible d'abriter la vie, compte tenu de sa position dans la zone habitable de son étoile et de la probabilité qu'elle possède une atmosphère capable de retenir la chaleur et de maintenir un climat stable.
Plusieurs années d'observation en perspective
Pour confirmer la présence et la composition de l'atmosphère de LHS 1140 b et distinguer les scénarios de planète boule de neige et de planète océan en forme d'œil de bœuf, des observations supplémentaires sont nécessaires. L'équipe de recherche a souligné la nécessité de mesures supplémentaires de transit et d'éclipse avec le télescope Webb, en se concentrant sur un signal spécifique qui pourrait révéler la présence de dioxyde de carbone. Cette caractéristique est essentielle pour comprendre la composition atmosphérique et détecter d'éventuels gaz à effet de serre qui pourraient indiquer des conditions habitables sur l'exoplanète.
« Détecter une atmosphère semblable à celle de la Terre sur une planète tempérée pousse les capacités du télescope Webb à leurs limites. C’est faisable, il nous faut simplement beaucoup de temps d’observation », a déclaré Doyon, qui est également le chercheur principal de l’instrument NIRISS. « L’hypothèse actuelle d’une atmosphère riche en azote demande à être confirmée par davantage de données. Nous avons besoin d’au moins une année d’observation supplémentaire pour confirmer que LHS 1140 b possède une atmosphère, et probablement deux ou trois années supplémentaires pour détecter du dioxyde de carbone. » Selon Doyon, le télescope Webb devra probablement observer ce système à chaque occasion possible pendant plusieurs années pour déterminer si LHS 1140 b présente des conditions de surface habitables.
Étant donné la visibilité limitée de LHS 1140 b avec Webb (un maximum de huit visites par an sont possibles), les astronomes auront besoin de plusieurs années d'observations pour détecter le dioxyde de carbone et confirmer la présence d'eau liquide à la surface de la planète.
Cadieux est doctorant à l'Institut Trottier de recherche sur les exoplanètes (iREx) de l'Université de Montréal.
Les autres chercheurs de l'iREx qui ont contribué à cet article sont René Doyon (UdeM), Étienne Artigau (UdeM), Olivia Lim (UdeM), Michael Radica (UdeM), Salma Salhi (UdeM), Lisa Dang (UdeM), Loïc Albert (UdeM), Louis-Philippe Coulombe (UdeM), Nicolas Cowan (McGill), David Lafrenière (UdeM), Alexandrine L'Heureux (UdeM), Caroline Piaulet-Ghorayeb (UdeM), Björn Benneke (UdeM), Neil Cook (UdeM) et Marylou Fournier-Tondreau (UdeM et Université d'Oxford). Les contributeurs supplémentaires sont basés à l'Université du Michigan, Centre national de recherche scientifique (France), NASA Centre de vol spatial Goddard, l'American University, l'Université McGill, l'Université McMaster et l'Université de Toronto. Cadieux et l'équipe de l'UdeM remercient l'Agence spatiale canadienne pour le soutien financier qu'elle a apporté à cette étude.