Concept art de HD 189733 b, la planète Jupiter chaude en transit la plus proche de la Terre. Crédit : Roberto Molar Candanosa/Université Johns Hopkins
Les chercheurs utilisant le Télescope spatial James Webb ont découvert que le exoplanète HD 189733 b, connue pour ses conditions climatiques extrêmes, contient également de l'hydrogène sulfuré dans son atmosphère, ce qui suggère une odeur sulfureuse proche de celle des œufs pourris. Cette découverte apporte de nouvelles informations sur le rôle du soufre dans la formation et la composition atmosphérique des géantes gazeuses au-delà de notre système solaire.
Une exoplanète tristement célèbre pour son climat meurtrier cache une autre caractéristique étrange : elle sent l'œuf pourri. C'est ce que révèle une nouvelle étude de l'université Johns Hopkins basée sur des données du télescope spatial James Webb.
L'atmosphère de HD 189733 b, a JupiterCette géante gazeuse de la taille d'un astéroïde contient des traces de sulfure d'hydrogène, une molécule qui dégage non seulement une odeur nauséabonde, mais offre également aux scientifiques de nouveaux indices sur la façon dont le soufre, un élément constitutif des planètes, pourrait influencer l'intérieur et l'atmosphère des mondes gazeux au-delà du système solaire.
Les résultats sont publiés aujourd'hui (8 juillet) dans Nature.
Importance du soufre dans la formation planétaire
« Le sulfure d’hydrogène est une molécule importante dont nous ignorions l’existence. Nous l’avions prédit et nous savons qu’il est présent sur Jupiter, mais nous ne l’avions pas réellement détecté en dehors du système solaire », a déclaré Guangwei Fu, astrophysicien à l’université Johns Hopkins qui a dirigé les recherches. « Nous ne cherchons pas la vie sur cette planète parce qu’elle est beaucoup trop chaude, mais la découverte de sulfure d’hydrogène est un tremplin pour trouver cette molécule sur d’autres planètes et mieux comprendre comment différents types de planètes se forment. »
En plus de détecter le sulfure d'hydrogène et de mesurer la teneur globale en soufre dans l'atmosphère de HD 189733 b, l'équipe de Fu a mesuré avec précision les principales sources d'oxygène et de carbone de la planète : l'eau, le dioxyde de carbone et le monoxyde de carbone.
« Le soufre est un élément essentiel à la construction de molécules plus complexes et, comme le carbone, l'azote, l'oxygène et le phosphate, les scientifiques doivent l'étudier davantage pour comprendre pleinement comment les planètes sont constituées et de quoi elles sont faites », a déclaré Fu.
HD 189733 b est la planète de référence pour la caractérisation atmosphérique depuis sa découverte en 2005. Crédit : Roberto Molar Candanosa/Université Johns Hopkins
Études de l'atmosphère exoplanétaire
À seulement 64 années-lumière de la Terre, HD 189733 b est le « Jupiter chaud » le plus proche que les astronomes puissent observer passer devant son étoile, ce qui en fait une planète de référence pour les études détaillées des atmosphères exoplanétaires depuis sa découverte en 2005, a déclaré Fu.
La planète est environ 13 fois plus proche de son étoile que Mercure ne l'est du Soleil et ne met que deux jours terrestres pour effectuer une orbite complète. Elle connaît des températures caniculaires de 1 700 degrés Fahrenheit et est connu pour son climat violent, notamment pour ses pluies de verre qui volent latéralement avec des vents de 5 000 mph.
Aperçu des observations du télescope Webb
Comme il l’a fait en détectant l’eau, le dioxyde de carbone, le méthane et d’autres molécules critiques dans d’autres exoplanètes, Webb offre aux scientifiques un autre nouvel outil pour suivre le sulfure d’hydrogène et mesurer le soufre dans les planètes gazeuses en dehors du système solaire.
« Supposons que nous étudions 100 autres Jupiters chauds et qu'ils soient tous enrichis en soufre. Qu'est-ce que cela signifie sur la façon dont ils sont nés et sur la façon dont ils se forment différemment par rapport à notre propre Jupiter ? » a demandé Fu.
Le télescope spatial James Webb (JWST) représente la prochaine frontière des observatoires spatiaux. Conçu pour succéder au télescope spatial Hubble, le JWST est équipé de capacités infrarouges avancées qui lui permettent de regarder plus loin dans le temps et avec plus de détails que jamais auparavant. L'une de ses fonctions clés est l'analyse des atmosphères des exoplanètes, ce qui permet aux scientifiques de détecter et d'étudier la composition chimique de mondes lointains. Cette capacité a ouvert de nouvelles possibilités pour comprendre la composition, les conditions météorologiques et l'habitabilité potentielle des exoplanètes à travers la galaxie. Crédit : ESA/ATG medialab
Nouvelles découvertes et recherches futures
Les nouvelles données ont également exclu la présence de méthane dans HD 189733 b avec une précision sans précédent et des observations en longueur d'onde infrarouge du télescope Webb, contredisant les affirmations précédentes sur l'abondance de cette molécule dans l'atmosphère.
« Nous pensions que cette planète était trop chaude pour avoir de fortes concentrations de méthane, et maintenant nous savons que ce n'est pas le cas », a déclaré Fu.
Conséquences pour la métallicité des exoplanètes
L'équipe a également mesuré les niveaux de métaux lourds comme ceux de Jupiter, une découverte qui pourrait aider les scientifiques à répondre aux questions sur la corrélation entre la métallicité d'une planète et sa masse, a déclaré Fu.
Des planètes géantes glacées moins massives comme Neptune et Uranus contiennent plus de métaux que ceux trouvés dans les géantes gazeuses comme Jupiter et Saturneles plus grosses planètes du système solaire. Les métallicités plus élevées suggèrent que Neptune et Uranus ont accumulé plus de glace, de roche et d'autres éléments lourds par rapport aux gaz comme l'hydrogène et l'hélium au cours des premières périodes de formation. Les scientifiques vérifient si cette corrélation est également vraie pour les exoplanètes, a déclaré Fu.
« Cette planète de la masse de Jupiter est très proche de la Terre et a été très bien étudiée. Nous disposons désormais de cette nouvelle mesure qui montre que les concentrations de métaux qu'elle contient fournissent un point d'ancrage très important à cette étude sur la façon dont la composition d'une planète varie en fonction de sa masse et de son rayon », a déclaré Fu. « Ces résultats soutiennent notre compréhension de la façon dont les planètes se forment en créant plus de matière solide après la formation initiale du noyau, puis sont naturellement enrichies en métaux lourds. »
Conclusion et orientations futures
Dans les mois à venir, l'équipe de Fu prévoit de suivre le soufre dans davantage d'exoplanètes et de déterminer comment des niveaux élevés de ce composé pourraient influencer la proximité de leur formation par rapport à leurs étoiles mères.
« Nous voulons savoir comment ce type de planètes est arrivé là, et comprendre leur composition atmosphérique nous aidera à répondre à cette question », a déclaré Fu.
Cette recherche a été financée par NASA grâce au programme JWST GO.
Les autres auteurs sont Luis Welbanks, Dana R. Louie et Michael Line de l'Université d'État de l'Arizona ; Drake Deming, Jegug Ih, Arjun B. Savel, Eliza M.-R. Kempton et Matt Nixon de l'Université du Maryland ; Julie Inglis et Heather A. Knutson du California Institute of Technology ; Michael Zhang de Université de Chicago; Joshua Lothringer de l'Université de l'Utah Valley; Julianne I. Moses et Gregory Henry de l'Université d'État du Tennessee; Everett Schlawin de l'Université de l'Arizona; David K. Sing de Johns Hopkins; et Thomas Greene du Centre de recherche Ames de la NASA.
