Les astronomes fournissent un « guide de terrain » aux exoplanètes connues sous le nom de Jupiters chauds


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  • Les Jupiter chauds – des planètes gazeuses géantes qui tournent autour de leurs étoiles hôtes sur des orbites extrêmement serrées – sont devenus un peu moins mystérieux grâce à une nouvelle étude combinant modélisation théorique et observations du télescope spatial Hubble.

    Alors que les études précédentes se concentraient principalement sur des mondes individuels classés comme « Jupiters chauds » en raison de leur similitude superficielle avec la géante gazeuse de notre propre système solaire, la nouvelle étude est la première à examiner une population plus large de mondes étranges. Publié dans Astronomie naturellel’étude, dirigée par un chercheur de l’Université de l’Arizona, fournit aux astronomes un « guide de terrain » sans précédent sur les Jupiters chauds et offre un aperçu de la formation des planètes en général.

    Bien que les astronomes pensent que seulement environ 1 étoile sur 10 héberge une exoplanète dans la classe chaude de Jupiter, les planètes particulières constituent une partie importante des exoplanètes découvertes à ce jour, en raison du fait qu’elles sont plus grandes et plus brillantes que d’autres types d’exoplanètes, telles que sous forme de planètes rocheuses plus semblables à la Terre ou de planètes gazeuses plus petites et plus froides. D’une taille allant d’environ un tiers de la taille de Jupiter à 10 masses de Jupiter, tous les Jupiters chauds orbitent autour de leur étoile hôte à une distance extrêmement proche, généralement beaucoup plus proche que Mercure, la planète la plus intérieure de notre système solaire, ne l’est du soleil. Une « année » sur un Jupiter chaud typique dure des heures, ou au plus quelques jours. A titre de comparaison, Mercure met près de trois mois pour effectuer un tour du soleil.

    En raison de leurs orbites proches, on pense que la plupart, sinon la totalité, des Jupiters chauds sont enfermés dans une étreinte à grande vitesse avec leurs étoiles hôtes, avec un côté éternellement exposé au rayonnement de l’étoile et l’autre plongé dans l’obscurité perpétuelle. La surface d’un Jupiter chaud typique peut devenir aussi chaude que près de 5 000 degrés Fahrenheit, avec des spécimens « plus froids » atteignant 1 400 degrés – assez chaud pour faire fondre l’aluminium.

    La recherche, qui a été dirigée par Megan Mansfield, boursière Sagan de la NASA à l’observatoire Steward de l’Université de l’Arizona, a utilisé des observations faites avec le télescope spatial Hubble qui a permis à l’équipe de mesurer directement les spectres d’émission des Jupiters chauds, malgré le fait que Hubble peut ‘ Ne pas imager directement l’une de ces planètes.

    « Ces systèmes, ces étoiles et leurs Jupiter chauds, sont trop éloignés pour résoudre l’étoile individuelle et sa planète », a déclaré Mansfield. « Tout ce que nous pouvons voir est un point – la source lumineuse combinée des deux. »

    Mansfield et son équipe ont utilisé une méthode connue sous le nom d’éclipse secondaire pour démêler les informations des observations qui leur ont permis de scruter profondément les atmosphères des planètes et de mieux comprendre leur structure et leur composition chimique. La technique implique des observations répétées du même système, capturant la planète à divers endroits de son orbite, y compris lorsqu’elle plonge derrière l’étoile.

    « Nous mesurons essentiellement la lumière combinée provenant de l’étoile et de sa planète et comparons cette mesure avec ce que nous voyons lorsque la planète est cachée derrière son étoile », a déclaré Mansfield. « Cela nous permet de soustraire la contribution de l’étoile et d’isoler la lumière émise par la planète, même si nous ne pouvons pas la voir directement. »

    Les données d’éclipse ont fourni aux chercheurs un aperçu de la structure thermique des atmosphères de Jupiters chauds et leur ont permis de construire des profils individuels de températures et de pressions pour chacun. L’équipe a ensuite analysé la lumière proche infrarouge, qui est une bande de longueurs d’onde juste au-delà de la gamme que les humains peuvent voir, provenant de chaque système chaud de Jupiter pour les soi-disant caractéristiques d’absorption. Étant donné que chaque molécule ou atome a son propre profil d’absorption spécifique, comme une empreinte digitale, l’examen de différentes longueurs d’onde permet aux chercheurs d’obtenir des informations sur la composition chimique des Jupiters chauds. Par exemple, si de l’eau est présente dans l’atmosphère de la planète, elle absorbera la lumière à 1,4 microns, ce qui tombe dans la gamme de longueurs d’onde que Hubble peut très bien voir.

    « D’une certaine manière, nous utilisons des molécules pour balayer les atmosphères de ces Jupiter chauds », a déclaré Mansfield. « Nous pouvons utiliser le spectre que nous observons pour obtenir des informations sur la composition de l’atmosphère, et nous pouvons également obtenir des informations sur la structure de l’atmosphère. »

    L’équipe est allée plus loin en quantifiant les données d’observation et en les comparant aux modèles des processus physiques supposés être à l’œuvre dans les atmosphères des Jupiters chauds. Les deux ensembles correspondaient très bien, confirmant que de nombreuses prédictions sur la nature des planètes basées sur des travaux théoriques semblent être correctes, selon Mansfield, qui a déclaré que les découvertes sont « excitantes car elles étaient tout sauf garanties ».

    Les résultats suggèrent que tous les Jupiter chauds, et pas seulement les 19 inclus dans l’étude, sont susceptibles de contenir des ensembles similaires de molécules, comme l’eau et le monoxyde de carbone, ainsi que de plus petites quantités d’autres molécules. Les différences entre les planètes individuelles devraient principalement correspondre à des quantités relatives variables de ces molécules. Les résultats ont également révélé que les caractéristiques d’absorption d’eau observées variaient légèrement d’un Jupiter chaud à l’autre.

    « Pris ensemble, nos résultats nous indiquent qu’il y a de fortes chances que nous ayons compris les éléments d’ensemble qui se produisent dans la chimie de ces planètes », a déclaré Mansfield. « En même temps, chaque planète a sa propre composition chimique, et cela influence également ce que nous voyons dans nos observations. »

    Selon les auteurs, les résultats peuvent être utilisés pour guider les attentes de ce que les astronomes pourraient voir en regardant un Jupiter chaud qui n’a pas été étudié auparavant. Le lancement du télescope phare de la NASA, le télescope spatial James Webb, prévu pour le 18 décembre, a excité les chasseurs d’exoplanètes parce que Webb peut voir dans une gamme beaucoup plus large de lumière infrarouge, et permettra un regard beaucoup plus détaillé sur les exoplanètes, y compris les chaudes Jupiters.

    « Il y a encore beaucoup de choses que nous ignorons sur la façon dont les planètes se forment en général, et l’une des façons dont nous essayons de comprendre comment cela pourrait se produire est d’examiner les atmosphères de ces Jupiters chauds et de comprendre comment ils se sont formés. où ils se trouvent », a déclaré Mansfield. « Avec les données de Hubble, nous pouvons examiner les tendances en étudiant l’absorption d’eau, mais lorsque nous parlons de la composition de l’atmosphère dans son ensemble, il existe de nombreuses autres molécules importantes que vous souhaitez examiner, telles que le monoxyde de carbone et le carbone. dioxyde de carbone, et JWST nous donnera une chance de les observer également. »

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