Alors que de plus en plus d'exoplanètes sont identifiées et confirmées par diverses méthodes d'observation, le «Saint-Graal» toujours insaisissable est la découverte d'un monde véritablement terrestre… dont l'une des caractéristiques est la présence d'eau liquide. Et s'il est vrai que l'eau a déjà été identifiée dans les atmosphères épaisses des exoplanètes «Jupiter chaudes», une nouvelle technique a maintenant été utilisée pour repérer sa signature spectrale dans un autre monde géant en dehors de notre système solaire - ouvrant potentiellement la voie à encore plus ces découvertes.
Des chercheurs de Caltech, de la Penn State University, du Naval Research Laboratory, de l'Université de l'Arizona et du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics se sont associés dans un projet financé par la NSF pour développer une nouvelle façon d'identifier la présence d'eau dans les atmosphères exoplanètes.
Les méthodes précédentes s'appuyaient sur des cas spécifiques tels que lorsque les exoplanètes - à ce stade toutes les «Jupiters chauds», des planètes gazeuses qui orbitent étroitement sur leurs étoiles hôtes - étaient en train de transiter leurs étoiles vues de la Terre.
Ce n'est malheureusement pas le cas pour de nombreuses planètes extrasolaires… en particulier celles qui n'ont pas été (ou ne seront pas) découvertes par la méthode de transit utilisée par des observatoires comme Kepler.
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Les chercheurs se sont donc tournés vers une autre méthode de détection des exoplanètes: la vitesse radiale, ou RV. Cette technique utilise la lumière visible pour regarder le mouvement d'une étoile pendant l'oscillation toujours aussi légère créée par le «remorqueur» gravitationnel d'une planète en orbite. Les changements Doppler dans la lumière de l'étoile indiquent un mouvement d'une manière ou d'une autre, similaire à la façon dont l'effet Doppler augmente et diminue le ton du klaxon d'une voiture lors de son passage.
Mais au lieu d'utiliser des longueurs d'onde visibles, l'équipe a plongé dans le spectre infrarouge et, en utilisant le spectrographe proche infrarouge (NIRSPEC) à l'observatoire WM Keck à Hawaï, a déterminé l'orbite du Jupiter tau Boötis b chaud relativement proche ... et dans le processus a utilisé sa spectroscopie pour identifier les molécules d'eau dans son ciel.
«Les informations que nous obtenons du spectrographe sont comme écouter une performance d'orchestre; vous entendez toute la musique ensemble, mais si vous écoutez attentivement, vous pouvez choisir une trompette ou un violon ou un violoncelle, et vous savez que ces instruments sont présents », a déclaré Alexandra Lockwood, étudiante diplômée de Caltech et première auteure de la étude. «Avec le télescope, vous voyez toute la lumière ensemble, mais le spectrographe vous permet de choisir différentes pièces; comme cette longueur d'onde de lumière signifie qu'il y a du sodium, ou celui-ci signifie qu'il y a de l'eau. "
Des observations précédentes de tau Boötis b avec le VLT au Chili avaient identifié du monoxyde de carbone ainsi que des températures plus froides à haute altitude dans son atmosphère.
Maintenant, avec cette technique IR RV éprouvée, les atmosphères d'exoplanètes qui ne traversent pas devant leurs étoiles de notre point de vue peuvent également être examinées pour la présence d'eau, ainsi que d'autres composés intéressants.
«Nous appliquons maintenant notre nouvelle technique infrarouge efficace à plusieurs autres planètes non transitantes en orbite autour des étoiles près du Soleil», a déclaré Chad Bender, chercheur associé au Penn State Department of Astronomy and Astrophysics et co-auteur de l'article. "Ces planètes sont beaucoup plus proches de nous que les planètes en transit les plus proches, mais ont été largement ignorées par les astronomes parce que mesurer directement leur atmosphère avec des techniques existantes était difficile, voire impossible."
Une fois que la prochaine génération de télescopes de grande puissance sera opérationnelle - comme le James Webb Space Telescope, dont le lancement est prévu en 2018 - des exoplanètes encore plus petites et plus éloignées peuvent être observées avec la méthode IR ... peut-être en aidant à faire la découverte révolutionnaire d'un planète comme la nôtre.
"Bien que l'état actuel de la technique ne puisse pas détecter des planètes semblables à la Terre autour d'étoiles comme le Soleil, avec Keck, il devrait bientôt être possible d'étudier l'atmosphère des planètes dites" super-Terre "découvertes autour d'étoiles de faible masse voisines, beaucoup qui ne transitent pas », a déclaré le professeur Caltech de cosmochimie et des sciences planétaires Geoffrey Blake. «Les futurs télescopes tels que le télescope spatial James Webb et le télescope de trente mètres (TMT) nous permettront d'examiner des planètes beaucoup plus fraîches qui sont plus éloignées de leurs étoiles hôtes et où l'eau liquide est plus susceptible d'exister.»
Les résultats sont décrits dans un article publié dans la version en ligne du 24 février 2014 deThe Astrophysical Journal Letters.
Sources: communiqués de presse Caltech et EurekAlert.
