WASP-121b, une exoplanète avec une atmosphère de 2 500 degrés Celsius

Les chercheurs ont découvert une exoplanète géante, WASP-121b, qui possède l’une des atmosphères les plus chaudes à ce jour. Une température suffisante pour fondre du fer.


Les chercheurs ont découvert une exoplanète géante, WASP-121b, qui possède l'une des atmosphères les plus chaudes à ce jour. Une température suffisante pour fondre du fer.
Crédit : University of Exeter

Une équipe internationale de chercheurs, dirigée par l’Université d’Exeter, a découvert cette exoplanète en observant des molécules d’eau lumineuses dans l’atmosphère de l’exoplanète avec le télescope spatial Hubble de la NASA. Pour étudier la de la géante gazeuse, les scientifiques ont utilisé la spectroscopie pour analyser comment la luminosité de la planète change sur les différentes longueurs d’onde de la lumière.

La vapeur d’eau dans l’atmosphère de la planète se comporte de manière prévisible en réponse à différentes longueurs d’onde de lumière selon la température de l’eau. À des températures plus fraîches, la vapeur d’eau dans la haute atmosphère de l’exoplanète bloque la lumière sur des longueurs d’onde spécifiques. Mais à des températures plus élevées, les molécules d’eau dans la haute atmosphère brillent à ces longueurs d’onde.

Le phénomène est similaire à ce qui se passe avec les feux d’artifice, qui tirent leurs couleurs des produits chimiques qui émettent de la lumière. Quand les substances métalliques sont chauffées et vaporisées, leurs électrons se déplacent vers des états d’énergie plus élevés. Selon le matériau, ces électrons émettront de la lumière à des longueurs d’onde spécifiques à mesure qu’ils perdent de l’énergie. Ainsi, le sodium produit du jaune-orange et le strontium produit du rouge dans ce processus. Les molécules d’eau dans l’atmosphère de WASP-121b des rayonnements lorsqu’ils perdent de l’énergie, mais c’est un rayonnement en infrarouge qui est invisible à l’oeil nu. Les travaux sont publiés dans Nature.1

Les modèles théoriques ont suggéré que les stratosphères peuvent définir une classe spéciale d’exoplanètes ultra-chaudes avec des implications importantes pour la physique atmosphérique et la chimie selon le Dr Tom Evans, auteur principal et chercheur à l’Université d’Exeter. Quand nous avons pointé Hubble sur WASP-121b, nous avons vu des molécules d’eau lumineuses ce qui implique que la planète possède une puissante stratosphère.

WASP-121b, situé à environ 900 années-lumière de la Terre, est une exoplanète géante gazeuse qu’on connait comme un « Jupiter chaud » même si elle possède une plus grande masse et rayon que Jupiter. L’exoplanète orbite autour de son étoile tous les 1,3 jours et c’est la distance limite avant qu’une étoile commence à détruire la planète avec son champ gravitationnel. Cette proximité signifie également que la partie supérieure de l’atmosphère possède une température de 2 500 degrés Celsius, soit une température qui est suffisante pour que du fer passe d’un état solide à un état gazeux.

Dans la stratosphère terrestre, l’ozone piège le rayonnement ultraviolet du soleil ce qui augmente la température de cette couche d’atmosphère. D’autres corps du système solaire ont également des stratosphères telles que le méthane qui est responsable de l’augmentation de température dans les stratosphères de Jupiter et de Titan, l’une des lunes de Saturne. Dans les planètes du système solaire, la variation de température dans une stratosphère est généralement inférieure à 100 degrés Celsius. Mais sur WASP-121b, la température dans la stratosphère augmente de 1 000 Celsius.

Nous avons mesuré une forte augmentation de la température de l’atmosphère de WASP-121b à des altitudes plus élevées, mais nous ignorons encore la cause de cette augmentation selon Nikolay Nikolov, co-auteur et chercheur à l’Université d’Exeter. Nous espérons éclaircir ce mystère avec les observations sur d’autres longueurs d’onde. Les gaz d’oxyde de vanadium et d’oxyde de titane pourraient être de bons candidats, car ils absorbent fortement la lumière des étoiles à des longueurs d’onde visibles et c’est similaire à l’ozone qui absorbe les rayonnements UV. On s’attend à ce que ces composés soient présents dans des Jupiters chauds comme WASP-121b, car des températures élevées sont nécessaires pour les maintenir à l’état gazeux. En effet, on observe généralement l’oxyde de vanadium et l’oxyde de titane chez les naines brunes. Ces dernières sont des « étoiles échouées » qui ont des points communs avec les exoplanètes.

Des recherches antérieures, couvrant la dernière décennie, ont révélé des signes possibles de stratosphères sur d’autres exoplanètes, mais c’est la première fois que des molécules d’eau lumineuses ont été détectées et c’est le signal le plus clair pour une stratosphère.

Sources

1.
Evans TM, Sing DK, Kataria T, et al. An ultrahot gas-giant exoplanet with a stratosphere. Nature. 2017;548(7665):58-61. doi: 10.1038/nature23266

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Jacqueline Charpentier

Ayant fait une formation en chimie, il est normal que je me sois retrouvée dans une entreprise d'emballage. Désormais, je publie sur des médias, des blogs et des magazines pour vulgariser l'actualité scientifique et celle de la santé.

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