Les dernières observations du télescope spatial James Webb (JWST) de la NASA montrent l'existence d'étranges nuages ​​composés de sel autour d'une exoplanète surnommée la « planète rose », fournissant une preuve directe de la structure atmosphérique de l'une des planètes les plus froides de l'univers et résolvant un mystère qui laisse perplexe la communauté astronomique depuis plus d'une décennie. La recherche pertinente a été menée par l’Université Northwestern et publiée dans l’Astronomical Journal le 18 juin.

La « planète rose », officiellement désignée GJ 504 b, a été découverte pour la première fois en 2013 et orbite autour d'une étoile semblable au soleil à environ 57 années-lumière de la Terre. Malgré son surnom de « planète », les scientifiques ne savent pas vraiment si elle doit être classée comme une vraie planète : avec une masse environ 25 fois supérieure à celle de Jupiter, elle est proche de la ligne de démarcation entre les planètes géantes et les naines brunes, c'est pourquoi les chercheurs l'appellent plus prudemment un « compagnon de masse planétaire », un objet semblable à une planète en orbite autour d'une étoile.

GJ 504 b a longtemps été difficile à étudier en raison de sa température extrêmement basse et de sa faible luminosité. La plupart des exoplanètes qui ont été directement imagées jusqu'à présent ont des températures d'environ 1 000 à 2 000 degrés Fahrenheit (environ 538 à 1 093 degrés Celsius), tandis que GJ 504 b n'a qu'environ 550 degrés Fahrenheit (environ 290 degrés Celsius), à peu près la même température que la cuisson du pain dans un four. L'équipe de recherche a analysé que cet état relativement « froid » reflète son très grand âge : les planètes géantes sont extrêmement chaudes à leur naissance, mais se refroidissent progressivement au fil des milliards d'années. L'âge de GJ 504 b est estimé entre 2,5 milliards et 4 milliards d'années.

Aneesh Baburaj, chercheur postdoctoral au Centre d'astrophysique de l'Université Northwestern (CIERA) qui a dirigé la recherche, a souligné que "la planète rose est l'objet étoile compagnon le plus froid découvert à l'aide d'instruments au sol". Au cours de la dernière décennie, de nombreuses équipes ont tenté d'utiliser les plus grands télescopes au sol du monde pour effectuer des observations de suivi afin d'obtenir des spectres atmosphériques, mais elles ont toutes échoué parce que les cibles étaient trop faibles. En comparaison, le télescope spatial James Webb, avec ses capacités d'observation infrarouge très sensibles, a réussi à séparer le spectre atmosphérique de cette étoile compagnon en environ deux heures d'observation, devenant ainsi un nouvel outil clé pour étudier ces « mondes sombres et froids ».

Dans cette observation, les chercheurs ont utilisé JWST pour réaliser une imagerie à contraste élevé de l'étoile principale et de son étoile compagnon, et ont utilisé des méthodes avancées de traitement des données pour éliminer le fort éblouissement de l'étoile mère, et ont finalement extrait le signal spectral émis par l'étoile compagnon elle-même. En divisant la lumière en différentes longueurs d'onde, les scientifiques sont capables d'analyser les « empreintes » chimiques dans l'atmosphère pour en déduire les types d'éléments et de molécules qui y sont présents. Après avoir réussi à obtenir le spectre, l'équipe s'est rapidement rendu compte que les caractéristiques atmosphériques de la « planète rose » étaient « très différentes de tout ce qui avait été analysé auparavant », a déclaré Baburaj.

Les résultats de l'analyse spectrale montrent que l'atmosphère du GJ 504 b contient de la vapeur d'eau, du méthane, du dioxyde de carbone, de l'ammoniac et une variété d'autres composants moléculaires. Cependant, lorsque l’équipe de recherche a comparé ces observations avec les modèles atmosphériques existants, elle n’a pu initialement faire correspondre les données que lorsque des conditions extrêmes irréalistes ont été introduites, ce qui contredisait clairement le bon sens en physique. La véritable avancée s'est produite lorsque les scientifiques ont commencé à ajouter des nuages ​​à leurs simulations : lorsque différents types de nuages ​​ont été introduits dans le modèle et que leurs effets sur le spectre ont été testés un par un, le modèle de nuage de sel correspondait bien mieux aux données mesurées que les autres options.

L'étude souligne que ces nuages ​​​​de sel pourraient avoir obscurci les couches plus profondes de l'atmosphère de la planète, ce qui ferait que les signaux spectraux finalement détectés par JWST provenaient principalement de régions situées au-dessus ou à proximité des nuages, modifiant ainsi les caractéristiques d'absorption et de diffusion moléculaire. Baburaj a déclaré : « Après avoir ajouté des nuages ​​à la simulation, les résultats ont commencé à être cohérents avec notre compréhension théorique des planètes froides ; nous avons essayé trois types de nuages ​​différents, et le schéma de nuages ​​de sel était le mieux adapté. » Après avoir pris en compte l'influence des nuages ​​​​de sel, les caractéristiques des molécules atmosphériques cachées dans les couches plus profondes ont été modérément affaiblies et le modèle spectral est finalement devenu physiquement raisonnable.

On pense que ces travaux constituent la première preuve directe de l'existence de nuages ​​​​de sel dans l'atmosphère d'un objet de masse planétaire froide et vérifient également une série de prédictions théoriques avancées par la communauté scientifique il y a plus de dix ans. Dans le même temps, les observations montrent également que GJ 504 b est inhabituellement riche en éléments lourds – des éléments autres que l’hydrogène et l’hélium que les astronomes appellent collectivement « métaux », ce qui peut signifier que son processus de formation est différent de celui des planètes géantes ordinaires. Sur la base des données existantes, l'équipe de recherche n'est toujours pas en mesure de déterminer si le corps céleste est plus proche d'une "planète géante" formée par l'agrégation de disques planétaires, ou s'il ressemble davantage à une petite étoile ou à une naine brune formée par un effondrement gravitationnel. La question de son origine nécessite encore une étude plus approfondie.

Les chercheurs ont souligné que la méthode démontrée par le télescope James Webb dans cette étude ouvrira une nouvelle fenêtre pour explorer davantage d'objets faibles et froids similaires. Jupiter, par exemple, possède d'épais nuages ​​de glace d'ammoniac recouvrant sa haute atmosphère, mais les instruments existants sont toujours incapables d'observer ces structures nuageuses avec un niveau de détail similaire à celui de GJ 504 b. Aujourd'hui, la détection réussie de nuages ​​​​de sel dans l'atmosphère de GJ 504 b montre que les astronomes élargissent progressivement les types de mondes froids pouvant être étudiés en détail, fournissant ainsi une référence importante pour l'exploration future des nuages ​​et des structures atmosphériques à l'intérieur et à l'extérieur du système solaire.

Baburaj a souligné que c'est la première fois que les nuages ​​de sel jouent un "rôle critique" dans l'interprétation du spectre d'un objet froid de masse planétaire, ce qui a des implications importantes pour la construction et la correction de modèles atmosphériques. Il a rappelé : "C'est un rappel important : la présence et l'impact des nuages ​​doivent être plus systématiquement pris en compte dans les simulations." Alors que JWST continue d’effectuer des observations spectroscopiques et d’imagerie à contraste élevé, les scientifiques s’attendent à ce que davantage d’exocompagnons sombres et froids comme GJ 504 b soient étudiés en profondeur, aidant ainsi les humains à comprendre de manière plus complète les diverses planètes et mondes substellaires de l’univers.