Les découvertes des planètes extra-solaires ont explosé ces dernières années. En fait, au 1er août 2017, les astronomes ont identifié 3639 exoplanètes dans 2729 systèmes planétaires et 612 systèmes planétaires multiples. Et tandis que la majorité d'entre eux ont été découverts par Kepler - qui a détecté un total de 5017 candidats et confirmé l'existence de 2494 exoplanètes depuis 2009 - d'autres instruments ont également joué un rôle important dans ces découvertes.
Cela comprend le télescope spatial Hubble, qui ces dernières années a été dédié à la détection des atmosphères autour de planètes lointaines. Plus récemment, il a été utilisé dans une enquête qui a produit les preuves les plus solides à ce jour de l'existence d'une stratosphère - une couche d'atmosphère dans laquelle la température augmente avec l'altitude - autour d'une géante gazeuse située à environ 900 années-lumière de notre système solaire.
L'étude, intitulée «Une exoplanète géante ultra-gazeuse avec une stratosphère», a récemment paru dans la revue La nature. Dirigée par Thomas Evans, chercheur du groupe d'astrophysique de l'Université d'Exeter, l'équipe s'est appuyée sur les données fournies par le télescope spatial Hubble de la NASA pour étudier une planète connue sous le nom de WASP-121b, une géante gazeuse qui orbite autour d'une étoile jaune-blanche qui est légèrement plus grand que le nôtre.
La planète elle-même a environ 1,2 fois la masse de Jupiter, a un rayon qui est environ 1,9 fois celui de Jupiter et a une période orbitale de seulement 1,3 jour. Cela est dû à sa proximité avec son soleil, ce qui en fait un "Jupiter chaud" particulièrement. En fait, si cette exoplanète était plus proche de son étoile, on estime que la gravité du WASP-121 commencerait à la déchirer.
C’est également cette proximité qui surchauffe l’atmosphère de la planète, entraînant des températures pouvant atteindre 2 500 ° C (4 600 ° F). Comme l'a indiqué Mark Marley, chercheur au Ames Research Center de la NASA et co-auteur de l'étude, dans un communiqué de presse de la NASA:
«Ce résultat est passionnant car il montre qu'un trait commun à la plupart des atmosphères de notre système solaire - une stratosphère chaude - se retrouve également dans les atmosphères exoplanètes. Nous pouvons maintenant comparer les processus dans les atmosphères exoplanètes avec les mêmes processus qui se produisent dans différents ensembles de conditions dans notre propre système solaire. »
Alors que Hubble a trouvé des signes possibles de stratosphères autour de WASP-33b et d'autres Jupiter chauds dans le passé, cette nouvelle étude présente les preuves les plus solides à ce jour de l'existence d'une stratosphère exoplanète. La raison en est liée aux données spectrographiques obtenues par Hubble de l'atmosphère du WASP-121b, qui indiquaient la présence de vapeur d'eau - ce qui est une première en ce qui concerne le Jupiter chaud.
Comme Tom Evans - également chercheur à l'Université d'Exeter et auteur principal du document - l'a expliqué, ces résultats ont confirmé quelque chose que les astronomes soupçonnaient depuis un certain temps. "Les modèles théoriques ont suggéré que les stratosphères pourraient définir une classe distincte de planètes ultra-chaudes, avec des implications importantes pour leur physique et leur chimie atmosphériques", a-t-il déclaré. "Nos observations soutiennent cette image."
Pour étudier la stratosphère du WASP-121b, l'équipe s'est appuyée sur les données spectroscopiques recueillies par la caméra à champ large de Hubble 3. Après avoir analysé les différentes longueurs d'onde qui faisaient partie de la photopolymérisation du WASP-121b, ils ont noté que certaines longueurs d'onde brillaient plutôt brillamment dans la bande infrarouge. Cela, ont-ils conclu, était dû à la présence de vapeur d'eau au sommet de l'atmosphère de la planète.
"L'émission de lumière de l'eau signifie que la température augmente avec la hauteur", a déclaré Tiffany Kataria, l'un des co-auteurs de l'étude du Jet Propulsion Laboratory de la NASA. "Nous sommes ravis d'explorer à quelles longitudes ce comportement persiste avec les prochaines observations de Hubble."
En plus d'être le cas le plus convaincant jusqu'à présent d'une exoplanète ayant une stratosphère, WASP-121b est également intéressant en raison de la chaleur de ce Jupiter chaud. Sur la base de leurs données, l'équipe a conclu que les températures dans l'atmosphère augmentaient avec l'altitude - une caractéristique déterminante d'une stratosphère. Dans la stratosphère terrestre, ce processus est entraîné par l'ozone, qui emprisonne la lumière ultraviolette du Soleil et élève la température des molécules environnantes.
Cependant, la température de la stratosphère terrestre ne dépasse pas 270 K (-3 ° C; 26,6 ° F). Quand on considère d'autres planètes solaires qui ont également une stratosphère - comme la lune Titan de Saturne, qui subit un échauffement dû à l'interaction du rayonnement solaire, des particules énergétiques et du méthane - les températures ne changent pas de plus de 56 ° C (100 ° F). Mais dans le cas de WASP-121b, les températures dans la stratosphère augmentent d'environ 560 ° C (1 000 ° F).
Même Vénus, la planète la plus chaude du système solaire, ne peut rivaliser avec ça! Sur la «planète sœur» de la Terre, les températures restent stables à environ 735 K (462 ° C; 863 ° F), ce qui est assez chaud pour faire fondre le plomb. Mais sur WASP-121b, les températures atteignent quatre fois plus! Cela signifie que l'atmosphère de la planète est suffisamment chaude pour faire fondre l'acier inoxydable et d'autres métaux - comme le béryllium, le platine et le zirconium.
À l'heure actuelle, les scientifiques ne savent pas quels produits chimiques sont à l'origine de cette augmentation de la température. Certaines possibilités ont cependant été suggérées, comme l'oxyde de vanadium et l'oxyde de titane. Non seulement ces composés sont considérés comme communs aux naines brunes (alias «étoiles ratées», qui ont beaucoup en commun avec les géantes gazeuses), mais ils nécessitent également les températures les plus chaudes possibles afin de les maintenir dans un état gazeux.
En tout cas, ce géant lointain du gaz s'est avéré être une étude de cas intéressante. À l'avenir, la recherche sur ce Jupiter et sur d'autres Jupiter ultra-chauds est susceptible de remettre en question et d'élargir notre compréhension actuelle de la façon dont les formes atmosphériques se comportent et au fil du temps.
