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Secrets de super-Terre : le télescope James Webb révèle une atmosphère inattendue d'exoplanète

SciTechDaily

Le concept de cet artiste montre à quoi pourrait ressembler l'exoplanète 55 Cancri e. Également appelée Janssen, 55 Cancri e est ce qu'on appelle une super-Terre, une planète rocheuse nettement plus grande que la Terre mais plus petite que Neptune, qui orbite autour de son étoile à une distance de seulement 1,4 million de miles (0,015 unités astronomiques), effectuant une orbite complète. en moins de 18 heures. (Mercure est 25 fois plus éloignée du Soleil que 55 Cancri e de son étoile.) Le système, qui comprend également quatre grandes planètes géantes gazeuses, est situé à environ 41 années-lumière de la Terre, dans la constellation du Cancer. Crédit : NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)

Des observations récentes du Télescope spatial James Webb ont mis en lumière l'énigmatique super-Terre 55 Cancri e, révélant son atmosphère probable composée de gaz comme le monoxyde ou le dioxyde de carbone. Cette découverte met en évidence les conditions extrêmes de la planète en raison de sa proximité avec son étoile et son potentiel à offrir un aperçu des premières atmosphères des planètes rocheuses.

55 Cancri e est l'une des cinq planètes connues en orbite autour d'une étoile semblable au Soleil dans la constellation du Cancer. Avec un diamètre près de deux fois supérieur à celui de la Terre et une densité légèrement supérieure, la planète est classée comme une super-Terre : plus grande que la Terre, plus petite que Neptuneet de composition similaire aux planètes rocheuses de notre système solaire.

Brice-Olivier Demory du Centre Espace et Habitabilité CSH du Université de Berne et membre du PRN PlanetS est co-auteur de l'étude qui vient de paraître dans Nature.

Il déclare : « 55 Cancri e est l’une des exoplanètes les plus énigmatiques. Malgré l'énorme temps d'observation obtenu avec une douzaine d'installations terrestres et spatiales au cours de la dernière décennie, sa nature même est restée insaisissable, jusqu'à aujourd'hui, lorsque des pièces du puzzle ont enfin pu être assemblées grâce au télescope spatial James Webb (JWST). .»

De manière inattendue, ces observations montrent qu'il pourrait être possible pour une planète rocheuse chaude et fortement irradiée de maintenir une atmosphère gazeuse, ce qui est de bon augure pour la capacité de JWST à caractériser des planètes rocheuses plus froides – potentiellement habitables – en orbite autour d'étoiles semblables au Soleil. Renyu Hu de NASALaboratoire de propulsion à réaction de (JPL) dirige l'équipe en publiant ses résultats dans Nature. « JWST repousse vraiment les frontières du exoplanète caractérisation des exoplanètes rocheuses », a déclaré Hu. «Cela permet véritablement un nouveau type de science.»

CHEOPS

Vue d'artiste de CHEOPS. Crédit : ESA/ATG medialab

Le télescope spatial CHEOPS a fourni des résultats importants

Demory a été invité au programme de recherche par Hu qui était l'un de ses collègues lorsqu'il était au Massachusetts Institute of Technology (MIT). Demory étudie 55 Cancri e depuis le début de sa carrière : « En tant que postdoctorant au MIT, j'ai dirigé la découverte du premier transit de 55 Cancri e, et en 2016, mon équipe a publié la première carte d'une exoplanète rocheuse, qui avait 55 ans. Cancrie.

Le résultat de 2016 faisait déjà allusion à la présence possible d'une atmosphère autour de 55 Cancri e. Pour la présente étude, Demory a mené une analyse indépendante de l’ensemble de données JWST. Il explique : « Au cours des deux dernières années, le télescope spatial CHEOPS, développé et construit à l'Université de Berne, a joué un rôle clé dans la résolution de plusieurs questions que les astrophysiciens se posaient à propos de 55 Cancri e. JWST a complété cette image dans les longueurs d'onde infrarouges en montrant que la super-Terre 55 Cancri e pourrait être entourée d'une atmosphère dont la composition est compatible avec le monoxyde de carbone ou le dioxyde de carbone.

Une super-Terre très chaude et toujours plus froide que prévu

Bien que 55 Cancri e soit de composition similaire aux planètes rocheuses de notre système solaire, la qualifier de « rocheuse » pourrait laisser une fausse impression. La planète orbite si près de son étoile (une orbite complète dure 18 heures, contre 365 jours sur notre Terre) que sa surface doit être en fusion – un océan de magma profond et bouillonnant. Avec une orbite aussi étroite, la planète est également susceptible d'être verrouillée par les marées, avec un côté jour faisant face à l'étoile à tout moment et un côté nuit dans l'obscurité perpétuelle. « La planète est si chaude qu'une partie de la roche en fusion devrait s'évaporer », a expliqué Hu.

Bien que JWST ne puisse pas capturer une image directe de 55 Cancri e, il peut mesurer les changements subtils de la lumière du système lorsque la planète tourne autour de l'étoile. L’équipe a utilisé la NIRCam (Near-Infrared Camera) et le MIRI (Mid-Infrared Instrument) de JWST pour mesurer la lumière infrarouge provenant de la planète. En soustrayant la luminosité pendant l'éclipse secondaire, lorsque la planète est derrière l'étoile (lumière des étoiles uniquement), de la luminosité lorsque la planète est juste à côté de l'étoile (lumière de l'étoile et de la planète combinées), l'équipe a pu calculer la quantité de lumière infrarouge provenant du côté jour de la planète à plusieurs longueurs d'onde simultanément.

La première indication que 55 Cancri pourrait avoir une atmosphère substantielle est venue de mesures de température basées sur son émission thermique, ou l'énergie thermique dégagée sous forme de lumière infrarouge. Si la planète est recouverte de roches sombres en fusion avec un mince voile de roche vaporisée ou sans atmosphère du tout, la température du côté jour devrait être d'environ 2 200 degrés. Celsius.

« Au lieu de cela, les données MIRI ont montré une température relativement basse d'environ 1 500 degrés Celsius », a déclaré Hu. « C'est une très forte indication que l'énergie est distribuée du côté jour vers le côté nuit, très probablement par une atmosphère riche en volatilité. » Bien que les courants de lave puissent transporter une certaine chaleur vers la nuit, ils ne peuvent pas la déplacer suffisamment efficacement pour expliquer l’effet de refroidissement. En fait, le jour semble plus frais de plusieurs centaines de degrés qu’il ne le devrait, même si la chaleur est répartie uniformément sur la planète. Cela est logique si une partie de la lumière infrarouge émise par la surface est absorbée par l’atmosphère et n’atteint jamais le télescope.

Océan de magma bouillonnant

L'équipe pense que les gaz qui recouvrent 55 Cancri e jaillissent de l'intérieur. L’atmosphère primaire aurait disparu depuis longtemps en raison de la température élevée et du rayonnement intense de l’étoile. Il s’agirait d’une atmosphère secondaire continuellement reconstituée par l’océan magmatique. Le magma n'est pas seulement constitué de cristaux et de roches liquides, il contient également beaucoup de gaz dissous.

Bien que 55 Cancri e soit beaucoup trop chaude pour être habitable, elle pourrait constituer une fenêtre unique pour étudier les interactions entre les atmosphères, les surfaces et l'intérieur des planètes rocheuses, et peut-être fournir un aperçu de la Terre primitive, Vénuset Mars, qui auraient été recouvertes d'océans magmatiques dans le passé. « En fin de compte, nous voulons comprendre quelles conditions permettent à une planète rocheuse de maintenir une atmosphère riche en gaz : l'ingrédient clé d'une planète habitable », a déclaré Hu.

En savoir plus sur cette recherche :

  • Webb découvre pour la première fois l'atmosphère d'une exoplanète rocheuse
  • Première découverte atmosphérique sur une super-Terre rocheuse
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