Les dernières observations des astronomes montrent qu'une exoplanète rocheuse en orbite autour d'une étoile semblable au soleil à une distance ultra-rapprochée conserve en réalité une atmosphère relativement épaisse. Ce résultat bouleverse la compréhension traditionnelle de l’évolution de ces planètes. Cette « super Terre » nommée TOI-561 b a environ deux fois la masse de la Terre, mais elle présente un environnement extrême et on pense qu'elle est entièrement recouverte par un océan de magma mondial.

L'étude, dirigée par la Carnegie Institution for Science et basée sur les observations du télescope spatial James Webb (JWST) de la NASA, constitue à ce jour l'une des preuves les plus solides de l'existence d'atmosphères sur les exoplanètes rocheuses. TOI-561 b orbite autour d’une étoile légèrement plus petite et plus froide que le soleil. La distance orbitale ne représente qu'environ un quarantième de la distance entre Mercure et le Soleil. Par conséquent, la période orbitale n’est que d’environ 10,56 heures et un côté est toujours exposé au fort rayonnement de l’étoile.

Selon les théories existantes, une planète d’une telle taille et d’une telle chaleur extrême devrait perdre son atmosphère rapidement après sa formation et devenir une « roche nue ». Cependant, en analysant les données infrarouges du télescope Webb, l'équipe a découvert que la planète est enveloppée dans une atmosphère assez épaisse, ce qui est évidemment incompatible avec les attentes antérieures concernant les planètes à période ultra courte. Cette atmosphère résiduelle contribue également à expliquer la densité moyenne inhabituellement faible de TOI-561 b - bien qu'il s'agisse d'une planète rocheuse, sa densité globale est plus petite que prévu sur la base d'une composition semblable à celle de la Terre.

Johanna Teske, l'une des responsables du projet et astronome chez Carnegie Science, a souligné que l'équipe avait envisagé une autre explication possible lors de la conception du plan d'observation : la planète pourrait avoir un noyau de fer plus petit et un manteau composé de roches de faible densité, réduisant ainsi la densité globale. Elle a souligné que TOI-561 b est également spécial dans le sens où son étoile mère appartient à la région du disque épais de la Voie lactée, a environ deux fois l'âge du soleil et est pauvre en fer. Cela signifie que l’environnement chimique au moment de la formation de la planète est complètement différent de celui du système solaire et qu’il peut représenter un échantillon typique de planètes formées au début de l’univers.

Cependant, les composantes internes de l’anomalie ne suffisent pas à elles seules à expliquer tous les phénomènes observés. L’équipe de recherche s’est donc concentrée sur l’éventuelle atmosphère épaisse de la planète et a émis l’hypothèse que c’était cette atmosphère qui faisait paraître la planète « plus grande », rendant ainsi la densité moyenne calculée plus faible. Pour tester cette hypothèse, les astronomes ont utilisé le spectromètre proche infrarouge du télescope Webb (NIRSpec) pour déduire la température du côté jour de la planète en mesurant les changements dans la luminosité du système lorsqu'il « passe derrière l'étoile ».

Selon la théorie, si TOI-561 b est une « roche nue » sans atmosphère et ne peut pas transporter la chaleur vers le côté nuit, sa température diurne devrait être proche d'environ 4 900 degrés Fahrenheit (environ 2 700 degrés Celsius). Les observations réelles montrent que la température du côté jour de la planète est d'environ 3 200 degrés Fahrenheit (environ 1 800 degrés Celsius), ce qui est encore très chaud, mais nettement inférieur à celui prévu par les modèles sans atmosphère. L'équipe de recherche a comparé plusieurs scénarios : la convection thermique de la mer de magma elle-même peut transporter de la chaleur dans une certaine mesure, mais en l'absence d'atmosphère, la face opposée à l'étoile s'est probablement refroidie et solidifiée, limitant le transport de chaleur vers la face nocturne.

Une autre hypothèse est qu'il existe une couche extrêmement fine de vapeur de roche au-dessus de la mer de magma à la surface de la planète, mais les modèles montrent qu'une telle « calotte de vapeur » ne suffit pas à elle seule à produire un effet de refroidissement aussi important. Anjali Piette, chercheuse à l'Université de Birmingham au Royaume-Uni qui a participé à l'étude, a souligné que pour expliquer pleinement ces observations, une atmosphère épaisse et riche en substances volatiles est nécessaire. Des vents forts transporteront la chaleur du côté jour vers le côté nuit, tandis que des gaz tels que la vapeur d'eau absorberont une partie du rayonnement proche infrarouge, réduisant ainsi le flux lumineux reçu par le télescope, donnant à la planète un aspect « plus frais ». Les nuages ​​​​de silicate brillants peuvent également refroidir davantage l'atmosphère en réfléchissant la lumière des étoiles, a-t-elle ajouté.

Tout en confirmant l’existence d’une atmosphère, une autre question clé se pose : comment une planète aussi petite et chaude peut-elle maintenir une atmosphère épaisse sous un rayonnement intense ? Les chercheurs pensent que même si une partie du gaz doit continuer à s’échapper dans l’espace, le taux de fuite pourrait être bien inférieur à celui initialement prévu. Tim Lichtenberg de l'Université de Groningen aux Pays-Bas a proposé qu'il existe un équilibre dynamique entre la mer de magma à la surface de la planète et l'atmosphère : d'une part, le gaz s'échappe continuellement de l'intérieur de la planète pour reconstituer l'atmosphère, et d'autre part, le magma « aspire » une partie du gaz vers l'intérieur de l'étoile.

À en juger par les observations et les déductions du modèle, pour maintenir un tel état, TOI-561 b doit être beaucoup plus riche en matières volatiles que la Terre, et peut être appelé de manière frappante « une boule de lave humide ». Teske a déclaré que le nouvel ensemble de données fournit non seulement les premières preuves claires, mais soulève également plus de nouvelles questions que de réponses, en particulier sur la formation et l'évolution à long terme des planètes rocheuses à très courte période.

Ce résultat est le premier résultat scientifique du projet 3860 du télescope Webb General Observer. Le projet a continué à observer le système TOI-561 pendant plus de 37 heures, au cours desquelles la planète a presque effectué quatre révolutions. L'équipe analyse actuellement les données complètes pour cartographier la répartition circonférentielle de la température de la planète et contraindre plus précisément sa composition atmosphérique. Les chercheurs du Carnegie Earth and Planetary Laboratory ont été profondément impliqués dans le projet Webb depuis sa conception et ont désormais dirigé plus de dix sujets au cours des quatre premiers cycles d'observation du télescope, impliquant de nombreuses directions de pointe telles que les atmosphères des exoplanètes et la formation des galaxies.

Michael Walter, directeur du Carnegie Earth and Planetary Laboratory, a déclaré que ces avancées sont tout à fait cohérentes avec l'accumulation à long terme de l'agence dans le domaine de l'évolution et de la dynamique planétaires et feront progresser la compréhension globale par l'humanité des caractéristiques des exoplanètes. Il prédit qu'à mesure que davantage de temps d'observation sera approuvé, une nouvelle série de découvertes scientifiques Webb dirigées par l'équipe Carnegie émergera au cours de l'année à venir. Un document de recherche connexe a été publié dans "Astrophysics Letters", intitulé "Atmosphère volatile épaisse sur la super Terre ultra-chaude TOI-561 b", qui détaille les détails techniques et les conclusions de la mesure de la température, du modèle atmosphérique et de la déduction de la structure interne planétaire.

Compilé à partir de /ScitechDaily