Les astronomes disent que l’exoplanète GJ 1214b est trop chaude pour être habitable mais contient probablement de la vapeur d’eau

Le nouveau télescope spatial James Webb (JWST) de la NASA a résolu ce problème. La technologie infrarouge du télescope lui permet de voir des objets et des caractéristiques planétaires qui étaient auparavant obscurcis par des brumes, des nuages ​​ou de la poussière spatiale, aidant les astronomes dans leur recherche de planètes habitables et de premières galaxies.

Une équipe de chercheurs a utilisé JWST pour observer l’atmosphère de GJ 1214b en mesurant la chaleur qu’elle émet en orbite autour de son étoile hôte. Leurs résultats, publiés dans la revue Nature le 10 mai 2023, représente la première fois que quelqu’un détecte directement la lumière émise par une exoplanète sous-Neptune – une catégorie de planètes plus grandes que la Terre mais plus petites que Neptune.

Bien que GJ 1214b soit beaucoup trop chaud pour être habitable, les chercheurs ont découvert que son atmosphère contient probablement de la vapeur d’eau – peut-être même des quantités importantes – et est principalement composée de molécules plus lourdes que l’hydrogène. Eliza Kempton, professeure agrégée d’astronomie à l’Université du Maryland, auteure principale du Nature étude, a déclaré que leurs découvertes marquent un tournant dans l’étude des planètes sous-Neptune comme GJ 1214b.

“Je suis en quête de compréhension du GJ 1214b depuis plus d’une décennie”, a déclaré Kempton. “Lorsque nous avons reçu les données pour ce Nature papier, nous avons pu voir la lumière de la planète disparaître lorsqu’elle est passée derrière son étoile hôte. Cela n’avait jamais été vu auparavant pour cette planète ou pour toute autre planète de sa catégorie, donc JWST tient vraiment sa promesse.”

Une “nouvelle lumière”

Les sous-Neptunes sont le type de planète le plus courant dans la Voie lactée, bien qu’il n’en existe aucune dans notre système solaire. Malgré l’obscurité de l’atmosphère de GJ 1214b, Kempton et ses co-auteurs ont déterminé que la planète était toujours leur meilleure chance d’observer une atmosphère sous-Neptune en raison de son étoile hôte brillante mais petite.

Dans leurs Nature papier, les chercheurs ont mesuré la lumière infrarouge émise par GJ 1214b pendant environ 40 heures, le temps qu’il faut à la planète pour orbiter autour de son étoile. Lorsque le jour se transforme en nuit, la quantité de chaleur qui se déplace d’un côté d’une planète à l’autre dépend en grande partie de la composition de son atmosphère. Connue sous le nom d’observation de la courbe de phase, cette méthode de recherche a ouvert une nouvelle fenêtre sur l’atmosphère de la planète.

“JWST fonctionne à des longueurs d’onde de lumière plus longues que les observatoires précédents, ce qui nous donne accès à la chaleur émise par la planète et nous permet de créer une carte de la température de la planète”, a déclaré Kempton. “Nous avons enfin pu voir GJ 1214b sous un nouveau jour.”

En mesurant le mouvement et la fluctuation de la chaleur, les chercheurs ont déterminé que GJ 1214b n’a pas une atmosphère dominée par l’hydrogène.

Monde aquatique potentiel ?

La question de savoir si GJ 1214b contient de l’eau intéresse depuis longtemps les astronomes. Des observations précédentes du télescope spatial Hubble de la NASA suggéraient que GJ 1214b pourrait être un monde aquatique – un terme vague pour toute planète contenant une quantité importante d’eau.

Les dernières données du JWST ont révélé des traces d’eau, de méthane ou d’un mélange des deux. Ces substances correspondent à une absorption subtile de la lumière observée dans la gamme de longueurs d’onde observée par JWST. D’autres études seront nécessaires pour déterminer la composition exacte de l’atmosphère de la planète, mais Kempton a déclaré que les preuves restent cohérentes avec la possibilité de grandes quantités d’eau.

“GJ 1214b, d’après nos observations, pourrait être un monde aquatique”, a déclaré Kempton. “Nous pensons que nous détectons la vapeur d’eau, mais c’est difficile car l’absorption de la vapeur d’eau chevauche l’absorption du méthane, nous ne pouvons donc pas dire à 100 % que nous avons détecté de la vapeur d’eau et non du méthane. Cependant, nous voyons cette preuve sur les deux hémisphères de la planète, ce qui renforce notre confiance qu’il y a vraiment de l’eau là-bas.”

Réflexion sur les conclusions

Les chercheurs ont fait une autre découverte surprenante dans leur étude : GJ 1214b est incroyablement réfléchissant. La planète n’était pas aussi chaude que prévu, ce qui indique aux chercheurs que quelque chose dans l’atmosphère réfléchit la lumière.

Kempton a déclaré qu’il y avait beaucoup de place pour des études de suivi, y compris celles qui examinent de plus près les aérosols à haute altitude qui forment la brume – ou éventuellement les nuages ​​– dans l’atmosphère de GJ 1214b. Auparavant, les chercheurs pensaient qu’il pourrait s’agir d’une substance sombre ressemblant à de la suie qui absorbe la lumière. Cependant, la découverte que l’exoplanète est réfléchissante soulève de nouvelles questions.

“Tout ce qui compose les brumes ou les nuages ​​n’est pas ce à quoi nous nous attendions. C’est brillant, c’est réfléchissant et c’est déroutant et surprenant”, a déclaré Kempton. “Cela va nous orienter vers de nombreuses études supplémentaires pour essayer de comprendre ce que ces brumes pourraient être.”