La première mesure directe de l'atmosphère d'une planète autour d'une autre étoile

 

A l'aide du télescope spatial Hubble, des astronome ont réalisé la première détection directe de l'atmosphère d'une planète en orbite autour d'une autre étoile que notre Soleil. Leur observation unique montre qu'il est possible avec Hubble et d'autres télescopes de mesurer la composition chimique de planètes extrasolaires et rechercher potentiellement les marqueurs chimiques de la vie hors de la Terre. La planète observée tourne autour d'une étoile jaune similaire au Soleil appelée HD 209458 et située à 150 années - lumière de nous, dans la constellation de Pégase.

 

L'image ci contre est la représentation artistique d'une planète gazeuse géante en orbite autour de l'étoile jaune HD 209458. Les astronomes ont utilisé le télescope spatial Hubble pour faire la première détection directe de l'atmosphère autour d'une planète extrasolaire. La planète n'a pas été directement vue par Hubble. La présence de sodium a été détectée dans la lumière filtrée par l'atmosphère de la planète alors qu'elle passait devant son étoile (un évènement appelé transit). La planète avait été découverte en 1999 par sa légère influence gravitationnelle sur l'étoile. La masse de la planète est de 70 % celle de Jupiter, la plus grosse planète de notre système solaire (ou 220 fois la masse de la Terre). Son orbite est inclinée presque comme celle de la Terre, permettant des observations fréquentes et répétées des transits.

Représentation d'une planète en orbite autour d'une autre étoile (153 ko)




La planète est située à environ 6,4 millions de km de l'étoile. Cette distance est si faible que l'étoile jaune semble menaçante dans le ciel de la planète, avec un diamètre angulaire 23 fois plus grand que celui de la pleine Lune quand elle est vue sur la Terre, et elle y brille 500 fois plus que notre Soleil. A une distance si faible, l'atmosphère de la planète est chauffée à 1100 ° C. Mais la planète est assez grosse pour retenir son atmosphère en ébullition.

David Charbonneau du California Institute of Technology (Pasadena, California) et du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (Cambridge, Massachusetts), Timothy Brown du National Center for Atmospheric Research (Boulder, Colorado) et leurs collègues ont utilisé le spectromètre de Hubble pour détecter la présence de sodium dans l'atmosphère de la planète.

"Cela ouvre une nouvelle voie dans l'exploration de planètes extrasolaires, où nous pouvons commencer a comparer et à discriminer les atmosphères de ces planètes", dit Charbonneau.

Les astronomes ont vu moins de sodium que ce qui était prévu pour une planète de la classe de Jupiter, ce qui conduit à l'interprétation que les nuages de haute altitude de l'atmosphère de la planète pouvait avoir bloqué une partie de la lumière.

L'observation avec Hubble n'était pas adaptée pour la recherche de gaz contribuant à une atmosphère maintenant la vie (ce qui est improbable pour une planète aussi chaude que celle observée). Cependant, cette technique d'observation unique ouvre une nouvelle phase dans l'exploration de planètes extrasolaires, selon les astronomes. De telles observations peuvent potentiellement fournir la première preuve directe de vie au delà de la Terre, en mesurant les abondances inhabituelles de gaz atmosphériques provoquées par la présence d'organismes vivants.

Les astronomes ont découvert que la planète passait devant l'étoile, affaiblissant légèrement sa lumière pendant le transit. Cela signifie que l'orbite de la planète est penchée en avant vers la ligne de visée depuis la Terre. C'est le seul exemple d'un transit parmi toutes les planètes extrasolaires découvertes à ce jour.

La planète est une cible idéale pour repeter des observations car elle transite devant l'étoile tous les 3,5 jours - ce qui est le temps extremement court qu'elle met pour faire le tour de l'étoile à une distance de seulement 4 millions de 6,4 millions de kilomètres de sa surface. Cette proximité échauffe l'atmosphère de la planète à près de 1100 ° C.

Des observations précédentes par Hubble et des télescopes basés sur Terre ont confirmé que la planète est principalement gazeuse, plutôt que liquide ou solide, car elle a une densité inférieure à celle de l'eau. (la terre, une planète tellurique, a une densité moyenne égale à 5 fois celle de l'eau). Les dernières observations ont montré que la planète est une géante gazeuse, comme Jupiter et Saturne.

L'orbite rapide de la planète a permit l'observation par Hubble de quatre transits différents. A chaque transit, une petite partie de la lumière de l'étoile passait dans l'atmosphère de la planète lors de son voyage vers la Terre. Lorsque la couleur de la lumière a été analysée par le spectrographe, l'empreinte du sodium a été détectée. Quoique l'étoile possède elle aussi du sodium dans ses couches extérieures, le télescope spatial a mesuré précisément l'influence additionnelle du sodium de l'atmosphère de la planète.

L'équipe d'astronomes prévoit d'observer à nouveau HD 209458 avec Hubble, mais dans d'autres couleurs du spectre de l'étoile pour voir lesquelles sont filtrées par l'atmosphère de la planète. Ils espèrent détecter éventuellement du méthane, de la vapeur d'eau, du potassium et d'autres éléments chimiques. Quand d'autres planètes géantes transitantes seront détectées dans les prochaines années, l'équipe espère caractériser les différences chimiques entre les atmosphères de ces planètes.

Ces futures découvertes aideront les astronomes à mieux comprendre une classe étrange de planètes extrasolaires découvertes dans les dernières années et que l'on a surnommées "Jupiters chaudes". Elles sont de la taille de Jupiter mais tourne plus près de leur étoile que la plus intérieure des planètes de notre système solaire, Mercure. Alors que Mercure n'a que sa surface rocheuse, ces planètes possèdent une gravité suffisante pour retenir une atmosphère, quoique certaines soient assez chaudes pour faire fondre du cuivre. La théorie conventionnelle est que ces géantes gazeuses ne peuvent être nées aussi près de leur étoile. Les interactions gravitationnelles avec d'autres corps planétaires ou avec des forces dans le disque circumstellaire doivent avoir amené, par des orbites en spirales, ces géantes auprès de leurs étoiles.

Des télescopes spatiaux futurs pourront permettre dans la prochaine décennie la détection de planètes beaucoup plus petites, comme la Terre, par des techniques de transits. Les chances de détection seront un défi, car détecter une planète en orbite à une distance comme celle de la Terre au Soleil signifie qu'un alignement orbital plus précis est nécessaire lors d'un transit. Et les transits seront moins fréquents pour des planètes ayant une période orbitale d'un an. Eventuellement, l'étude de l'atmosphères de ces planètes semblables à la Terre requièreront des mesures méticuleuses par les futurs grands télescopes spatiaux.

Source scientifique : NASA, D. Charbonneau (Caltech & CfA), T. Brown (NCAR), R. Noyes (CfA) et R. Gilliland (STScI)

Illustrations : G. Bacon (STScI/AVL)

Trad. JMM

 

Liens :

En anglais :

Document original : http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/2001/38/

STARE Project — A Search for Extrasolar Planets http://www.hao.ucar.edu/public/research/stare/stare.html

University of California Planet Search Project : http://exoplanets.org/science.html

Autres sites :

Encyclopédie des planètes extrasolaires : http://vo.obspm.fr/exoplanetes/encyclo/

Sur ce site :

Documents consacrés aux mondes extra solaires

Le futur télescope spatial de la NASA Kepler

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