Une étude dirigée par le Southwest Research Institute a modélisé la chimie de TOI-270 D, une exoplanet entre la Terre et Neptune en taille, trouvant des preuves qu'il pourrait s'agir d'une planète rocheuse géante enveloppée d'une atmosphère épaisse et chaude. TOI-270 D est à seulement 73 années-lumière de la Terre et pourrait servir de « pierre de rosetta » pour comprendre toute une classe de nouvelles planètes.
Les exoplanètes en orbite en dehors de notre système solaire. Les sous-neptunes se réfèrent aux planètes entre la taille de la plus grande planète rocheuse de notre système solaire, la Terre et le plus petit géant du gaz, Neptune.
« La nature des sous-neptunes est l'un des sujets les plus chauds de la science exoplanétaire », a déclaré le Dr Christopher Glein de SWRI, premier auteur d'un journal accepté pour publication dans le Journal astrophysique et disponible sur le serveur de préparation arxiv.
« Ces sous-neptunes sont la gamme de planètes de taille la plus abondante dans la galaxie, mais aucune n'existe dans notre système solaire. Ils sont exotiques. Les sous-neptunes tempérés sont d'un intérêt encore plus élevé car certains pourraient être habitables. »
Les scientifiques ont proposé que les exoplanètes sous-neptuniques en orbite dans la zone habitable, où de l'eau liquide peut exister sur les surfaces des planètes, pourrait être des mondes océaniques massifs avec de minces atmosphères riches en hydrogène, appelées mondes «hycean» (hydrogène-océan). Par exemple, la planète K2-18 B était considérée comme un monde hycéan. Cependant, les données récentes du télescope spatial James Webb (JWST) de TOI-270 D montrent qu'un modèle plus simple basé sur un intérieur géant (super-terre) rocheux enveloppé d'une atmosphère chaude et chaude peut mieux expliquer les données.
« La recherche de mondes habitables se poursuit. Les données JWST sur TOI-270 D collectées par Bjorn Benneke et son équipe sont révolutionnaires », a déclaré Glein.
« J'ai été choqué par le niveau de détail qu'ils ont extrait d'une si petite atmosphère d'exoplanet, qui offre une occasion incroyable d'apprendre l'histoire d'une planète totalement extraterrestre. Avec des molécules comme le dioxyde de carbone, le méthane et l'eau détectés, nous pourrions commencer à faire de la géochimie pour apprendre comment ce monde inhabituel s'est formé. »
Le JWST de la NASA a détecté des gaz qui indiquent des températures supérieures à 1 000 degrés Fahrenheit – bouchée que la surface de Vénus. Le nouveau modèle géochimique illustre comment les gaz subissent un processus d'équilibrage à ces températures et sont ensuite lancés vers le haut où JWST peut les détecter.
« Bien qu'il soit un peu décevant de constater que TOI-270 D est peu susceptible d'être habitable, cette planète offre toujours une opportunité fantastique pour explorer des chemins alternatifs d'origine planétaire et d'évolution », a déclaré Glein. « Nous apprenons beaucoup plus sur les configurations folles des planètes que la nature propose. »
Les scientifiques ont été perplexes par le manque d'ammoniac dans les atmosphères des sous-neptunes tempérés. Des modèles précédents suggèrent que l'ammoniac doit être produit dans des atmosphères épaisses et chaudes riches en hydrogène gazeux.
Cette nouvelle œuvre présente une perspective intégrée pour expliquer comment l'ammoniac est épuisé par des combinaisons de processus planétaires, y compris la production à haute température d'azote gazeux et la dissolution de l'ammoniac dans un océan super chauffé de roche fondue à la surface de la planète. L'équipe de Glein a également constaté que la planète elle-même est probablement pauvre en azote parce que des blocs de construction solides des planètes, comme les météorites chondritiques, sont généralement pauvres en azote.
« Je vois beaucoup de parallèles entre la science planétaire et la biologie », a déclaré Glein. « Un ensemble central de blocs constitutifs et de règles pour les interactions entraîne une explosion de formes diverses. Nous commençons à voir une partie de cette diversité se passer dans les signatures de composition de JWST. »
Cette étude démontre que la géochimie exoplanétaire aborde désormais un niveau de sophistication comparable à celui obtenu dans notre propre système solaire. Les outils géochimiques développés pour le système solaire peuvent désormais être appliqués aux atmosphères d'exoplanet. Ces études fournissent de nouvelles informations sur les températures atmosphériques, les océans magma possibles et les origines des atmosphères planétaires.
« Nous voulions peindre une image plus complète du fonctionnement interne et de l'histoire d'une exoplanet en abordant le problème de plusieurs manières », a déclaré Glein. « La dernière fois que j'ai vérifié, nous avons découvert plus de 5 800 exoplanètes confirmées. TOI-270 D n'est que l'un d'entre eux. Ce sera très intéressant de voir ce que la prochaine Exoplanet nous réserve. »
