Une vue d'artiste de WASP-107 b montre un mélange atmosphérique turbulent au sein de l'enveloppe gazeuse de la planète. Crédit : Roberto Molar Candanosa/Université Johns Hopkins
Télescope spatial James Webb les données révèlent que WASP-107 b contient beaucoup moins de méthane que prévu et un noyau étonnamment grand, fournissant des informations clés sur sa chimie atmosphérique et sa dynamique interne.
Une quantité étonnamment faible de méthane et un noyau de grande taille se cachent dans la planète WASP-107 b, semblable à de la barbe à papa.
Les révélations, basées sur les données obtenues par le télescope spatial James Webb, marquent les premières mesures d'un exoplanèteLa masse centrale de cette planète sera probablement à la base des futures études sur l'atmosphère et l'intérieur des planètes, un aspect clé dans la recherche de mondes habitables au-delà de notre système solaire.
« Regarder l'intérieur d'une planète à des centaines d'années-lumière semble presque impossible, mais lorsque vous connaissez la masse, le rayon, la composition atmosphérique et la chaleur de son intérieur, vous disposez de toutes les pièces dont vous avez besoin pour vous faire une idée. ce qu'il y a à l'intérieur et quel est le poids de ce noyau », a déclaré l'auteur principal David Sing, professeur émérite Bloomberg de sciences de la Terre et des planètes à l'Université Johns Hopkins. « C'est maintenant quelque chose que nous pouvons faire pour de nombreuses planètes gazeuses différentes dans divers systèmes. »
Publié récemment dans Natureles recherches montrent que la planète contient mille fois moins de méthane que prévu et un noyau 12 fois plus massif que celui de la Terre.
Vue d'artiste de WASP-107 b, une exoplanète chaude de Neptune située à environ 200 années-lumière. Crédit : Roberto Molar Candanosa/Université Johns Hopkins
Composition planétaire et potentiel d'habitabilité
Planète géante enveloppée par une atmosphère torride et moelleuse comme du coton, WASP-107 b orbite autour d'une étoile située à environ 200 années-lumière. Il est gonflé à cause de sa carrure : un Jupiterun monde de taille moyenne avec seulement un dixième de la masse de cette planète.
Même si elle contient du méthane – un élément constitutif de la vie sur Terre – la planète n’est pas considérée comme habitable en raison de sa proximité avec son étoile mère et de l’absence de surface solide. Mais cela pourrait contenir des indices importants sur l’évolution planétaire à un stade avancé.
Mystères du méthane et dynamique chimique
Dans une étude distincte publiée dans Natured'autres scientifiques ont également repéré du méthane avec le télescope Webb et ont fourni des informations similaires sur la taille et la densité de la planète.
« Nous voulons étudier des planètes plus semblables aux géantes gazeuses de notre propre système solaire, qui contiennent beaucoup de méthane dans leur atmosphère », a déclaré Sing. « C'est là que l'histoire de WASP-107 b est devenue vraiment intéressante, car nous ne savions pas pourquoi les niveaux de méthane étaient si bas. »
Les nouvelles mesures de méthane suggèrent que la molécule se transforme en d’autres composés à mesure qu’elle s’élève depuis l’intérieur de la planète, interagissant avec une concoction d’autres produits chimiques et la lumière des étoiles dans la haute atmosphère. L'équipe a également mesuré le dioxyde de soufre, la vapeur d'eau, le dioxyde de carbone et le monoxyde de carbone et a découvert que WASP-107 b contient plus d'éléments lourds que Uranus et Neptune.
Études observationnelles et recherches futures
Le profil de la chimie de la planète commence à révéler des pièces clés du puzzle du comportement des atmosphères planétaires dans des conditions extrêmes, a déclaré Sing. Son équipe effectuera des observations similaires au cours de la prochaine année sur 25 planètes supplémentaires avec le télescope Webb.
« Nous n'avions jamais pu étudier en détail ce processus de mélange dans l'atmosphère d'une exoplanète. Cela contribuera donc grandement à comprendre le fonctionnement de ces réactions chimiques dynamiques », a déclaré Sing. « C'est quelque chose dont nous avons absolument besoin alors que nous commençons à étudier les planètes rocheuses et les signatures de biomarqueurs. »
Sources de chaleur internes et effets atmosphériques
Les scientifiques avaient émis l'hypothèse que le rayon trop gonflé de la planète résultait d'une source de chaleur à l'intérieur, a déclaré Zafar Rustamkulov, doctorant en sciences planétaires à l'Université Johns Hopkins qui a codirigé la recherche. En combinant des modèles de physique atmosphérique et intérieure avec les données de Webb sur WASP-107 b, l'équipe a expliqué comment la thermodynamique de la planète influence son atmosphère observable.
« La planète a un noyau chaud, et cette source de chaleur modifie la chimie des gaz en profondeur, mais elle entraîne également ce fort mélange convectif qui bouillonne depuis l'intérieur », a déclaré Rustamkulov. « Nous pensons que cette chaleur modifie la chimie des gaz, détruisant spécifiquement le méthane et produisant des quantités élevées de dioxyde de carbone et de monoxyde de carbone. »
Enquêtes en cours et expériences futures
Ces nouvelles découvertes représentent également le lien le plus clair que les scientifiques aient pu établir entre l'intérieur d'une exoplanète et le haut de son atmosphère, a déclaré Rustamkulov. L'année dernière, le télescope Webb a repéré du dioxyde de soufre à environ 700 années-lumière sur une autre exoplanète appelée WASP-39, fournissant ainsi la première preuve d'un composé atmosphérique créé par des réactions provoquées par la lumière des étoiles.
L'équipe de Johns Hopkins se concentre maintenant sur ce qui pourrait maintenir le noyau chaud et s'attend à ce que des forces similaires à celles qui provoquent les marées hautes et basses dans les océans terrestres soient en jeu. Ils prévoient de tester si la planète est étirée et tirée par son étoile et comment cela pourrait expliquer la chaleur élevée du noyau.
Les autres auteurs de l'étude sont Daniel P. Thorngren et Elena Manjavacas de l'Université Johns Hopkins ; Joanna K. Barstow de l'Université ouverte ; Pascal Tremblin de l'Université Paris-Saclay ; Catarina Alves de Oliveira, Stephan M. Birkmann et Pierre Ferruit du Agence spatiale européenne; Tracy L. Beck, Néstor Espinoza, Amélie Gressier, Marco Sirianni et Jeff A. Valenti du Space Telescope Science Institute ; Ryan C. Challener de l'Université Cornell ; Nicolas Crouzet, Giovanna Giardino et Nikole K. Lewis de l'Université de Leiden ; Elspeth KH Lee ; Roberto Maiolino de l'Université de Cambridge ; et Bernard J. Rauscher de NASA Centre de vol spatial Goddard.
Cette recherche est basée sur les données obtenues du Space Telescope Science Institute, qui est géré par l'Association des universités pour la recherche en astronomie Inc., dans le cadre du contrat NAS 5-03127 de la NASA.
