Les scientifiques de l'Université Cornell construisent une bibliothèque de spectres de basalte pour étudier la composition des exoplanètes et détecter des traces potentielles de présence d'eau. À l’aide des données JWST et de simulations basées sur l’exoplanète LHS 3844b, ils ont analysé les signatures spectrales pour distinguer différents types de roches. Leurs découvertes pourraient améliorer la compréhension des surfaces et de l’habitabilité des exoplanètes.
Les chercheurs utilisent la spectroscopie basaltique pour étudier les exoplanètes et utilisent le télescope spatial James Webb pour rechercher de l'eau. En étudiant les processus chimiques dans le manteau chaud terrestre, les scientifiques de l'Université Cornell construisent une bibliothèque basée sur les signatures spectrales du basalte. Cette recherche vise à déterminer la composition des exoplanètes et à fournir des preuves de la présence d'eau sur ces exoplanètes.
Le professeur d'ingénierie Esteban Gazel a déclaré : "Lorsque le manteau terrestre fond, il produit du basalte. Le basalte est une roche volcanique gris-noir que l'on trouve dans tout le système solaire et qui constitue un enregistreur important de l'histoire géologique. Lorsque le manteau de Mars fond, il produit également du basalte. La Lune est principalement constituée de basalte", a-t-il déclaré. "Nous testons des matériaux basaltiques sur Terre pour élucider la composition des exoplanètes à l'aide des données du télescope spatial James Webb."
Gazel et Emily First, ancienne chercheuse postdoctorale à l'Université Cornell et maintenant professeure adjointe au Macalester College du Minnesota, sont les auteurs d'une étude récemment publiée dans Nature Astronomy.
Gazel a déclaré que comprendre comment les minéraux enregistrent les processus qui ont formé ces roches, et quelles sont leurs signatures spectrales, est la première étape dans le développement d'une bibliothèque d'entre elles : « Nous savons que la plupart des exoplanètes produisent des basaltes parce que la métallicité de leurs étoiles hôtes conduit aux minéraux du manteau (silicates de fer et de magnésium), de sorte que lorsqu'ils fondent, l'équilibre de phase (l'équilibre entre deux états de la matière) prédit que la lave résultante sera du basalte. Voie Lactée."
Premièrement, 15 échantillons de basalte ont été mesurés pour leur émissivité, qui fait référence à la mesure dans laquelle une surface rayonne de l'énergie rencontrée, ce qui peut aider à rechercher des signatures spectrales que le spectromètre infrarouge moyen du télescope spatial pourrait détecter.
Une fois que la fonte du basalte éclate sur une exoplanète et refroidit, le basalte durcit en une roche solide, connue sous le nom de lave sur Terre. Si de l'eau est présente, la roche interagira avec l'eau pour former de nouveaux minéraux hydratés, facilement détectés dans le spectre infrarouge. Ces minéraux altérés peuvent devenir amphibole (un silicate hydraté) ou serpentine (un autre silicate hydraté qui ressemble à une peau de serpent).
En étudiant d’infimes différences spectrales entre les échantillons de basalte, les scientifiques pourraient théoriquement déterminer si les exoplanètes avaient autrefois de l’eau coulant en surface ou à l’intérieur, a déclaré Gazelle.
La présence d'eau ne serait pas immédiatement apparente et des travaux supplémentaires seraient nécessaires avant que cette méthode de détection puisse être adoptée. Le télescope spatial James Webb (JWST) se trouve à environ 1 million de kilomètres de la Terre et il faut des dizaines, voire des centaines d'heures pour se concentrer sur un système situé à une année-lumière, puis encore plus de temps pour analyser les données.
L’équipe de recherche a utilisé les données de l’exoplanète super-Terre LHS 3844b lors de la recherche d’une exoplanète rocheuse pour simuler son hypothèse et considérer 15 caractéristiques différentes.
Ishan Mishra, qui travaille dans le laboratoire de Nikole Lewis, professeur agrégé d'astronomie, a écrit un code informatique pour modéliser les données spectrales de First afin de simuler le comportement de différentes surfaces d'exoplanètes sur JWST.
Lewis a déclaré que les outils de modélisation étaient initialement destinés à d'autres applications. "Les outils de codage d'Ishan ont été développés à l'origine pour étudier les lunes glacées du système solaire", a-t-elle déclaré. "Nous transposons enfin ce que nous avons appris dans le système solaire aux exoplanètes."
"Notre objectif n'était pas d'évaluer spécifiquement LHS 3844b", a déclaré First, "mais de considérer une gamme raisonnable d'exoplanètes basaltiques que le JWST et d'autres observatoires pourraient observer dans les années à venir."
En ce qui concerne les exoplanètes, l'exploration des surfaces rocheuses s'est principalement limitée à des points de données uniques - ne trouvant que des preuves de types chimiques dans la littérature scientifique - mais elle évolue vers plusieurs composants à mesure que les observateurs tirent parti du JWST, ont déclaré les chercheurs.
En essayant de trouver des caractéristiques liées à la minéralogie et à la composition chimique de la roche, par exemple la quantité de silicium, d'aluminium et de magnésium contenue dans la roche, les géologues peuvent en apprendre davantage sur les conditions dans lesquelles la roche s'est formée, ont déclaré les géologues.
"Sur Terre, si des basaltes éclatent du fond de l'océan, au plus profond des dorsales médio-océaniques, et que ces basaltes éclatent sur des îles océaniques comme Hawaï, vous constaterez des différences dans la chimie globale de ces roches", a déclaré First. "Mais même des roches massives ayant des compositions chimiques similaires peuvent contenir des minéraux différents, ce sont donc des caractéristiques importantes à étudier."
Compilé à partir de /ScitechDaily