Les astronomes de l'Université de Warwick ont ​​montré que la vapeur d'eau peut potentiellement être détectée dans l'atmosphère des exoplanètes en regardant littéralement au-dessus de leurs nuages ​​impénétrables.

En appliquant la technique à des modèles basés sur des exoplanètes connues avec des nuages, l'équipe a démontré en principe que la spectroscopie haute résolution peut être utilisée pour examiner les atmosphères d'exoplanètes qui étaient auparavant trop difficiles à caractériser en raison de nuages ​​trop denses pour laisser passer suffisamment de lumière. par.

Leur technique est décrite dans un article pour les avis mensuels de la Royal Astronomical Society et fournit une autre méthode pour détecter la présence de vapeur d'eau dans l'atmosphère d'une exoplanète, ainsi que d'autres espèces chimiques qui pourraient être utilisées à l'avenir pour évaluer les signes potentiels de vie. . La recherche a reçu un financement du Science and Technologies Facilities Council (STFC), partie de UK Research and Innovation (UKRI).

Les astronomes utilisent la lumière de l'étoile hôte d'une planète pour savoir de quoi son atmosphère est composée. Lorsque la planète passe devant l'étoile, ils observent la transmission de la lumière stellaire alors qu'elle parcourt la haute atmosphère et modifie son spectre. Ils peuvent ensuite analyser ce spectre pour examiner les longueurs d'onde qui ont des signatures spectrales pour des produits chimiques spécifiques. Ces produits chimiques, comme la vapeur d'eau, méthane et ammoniac, ne sont présents qu'à l'état de traces dans ces planètes riches en hydrogène et en hélium.

Cependant, des nuages ​​denses peuvent empêcher cette lumière de traverser l'atmosphère, laissant aux astronomes un spectre sans particularité. La spectroscopie haute résolution est une technique relativement récente qui est utilisée dans les observatoires au sol pour observer les exoplanètes plus en détail, et les chercheurs de Warwick voulaient explorer si cette technologie pouvait être utilisée pour détecter les traces chimiques présentes dans la fine couche atmosphérique juste au-dessus de ces nuages.

Alors que les astronomes ont pu caractériser les atmosphères de nombreuses exoplanètes plus grandes et plus chaudes qui orbitent près de leurs étoiles, appelés « Jupiters chauds, " Des exoplanètes plus petites sont maintenant découvertes à des températures plus froides (moins de 700°C). Beaucoup de ces planètes, qui sont de la taille de Neptune ou moins, ont montré des nuages ​​beaucoup plus épais.

Ils ont modélisé deux "Neptunes chauds" connus auparavant et simulé comment la lumière de leur étoile serait détectée par un spectrographe haute résolution. GJ3470b est une planète nuageuse que les astronomes avaient auparavant pu caractériser, tandis que GJ436b a été plus difficile à caractériser en raison d'une couche nuageuse beaucoup plus épaisse. Les deux simulations ont démontré qu'à haute résolution, vous pouvez détecter des produits chimiques tels que la vapeur d'eau, l'ammoniac et le méthane facilement en quelques nuits d'observations avec un télescope au sol.

La technique fonctionne différemment de la méthode récemment utilisée pour détecter la phosphine sur Vénus, mais pourrait potentiellement être utilisé pour rechercher tout type de molécule dans les nuages ​​d'une planète en dehors de notre système solaire, dont la phosphine.

L'auteur principal, le Dr Siddharth Gandhi du Département de physique de l'Université de Warwick, a déclaré :« Nous avons étudié si la spectroscopie haute résolution au sol peut nous aider à limiter l'altitude dans l'atmosphère où nous avons des nuages, et contraindre les abondances chimiques malgré ces nuages. Ce que nous voyons, c'est que beaucoup de ces planètes ont de la vapeur d'eau sur elles, et nous commençons à voir d'autres produits chimiques également, mais les nuages ​​nous empêchent de voir clairement ces molécules. Nous avons besoin d'un moyen de détecter ces espèces et la spectroscopie haute résolution est un moyen potentiel de le faire, même s'il y a une atmosphère nuageuse. Les abondances chimiques peuvent vous en dire beaucoup sur la façon dont la planète a pu se former, car elle laisse son empreinte chimique sur les molécules de l'atmosphère. Parce que ce sont des géantes gazeuses, la détection des molécules au sommet de l'atmosphère offre également une fenêtre sur la structure interne car les gaz se mélangent aux couches plus profondes. »

La majorité des observations d'exoplanètes ont été réalisées à l'aide de télescopes spatiaux tels que Hubble ou Spitzer, et leur résolution est trop faible pour détecter un signal suffisant au-dessus des nuages. L'avantage de la spectroscopie haute résolution est qu'elle est capable de sonder une plus large gamme d'altitudes.

Le Dr Gandhi ajoute :"Beaucoup de ces planètes plus froides sont beaucoup trop nuageuses pour avoir des contraintes significatives avec la génération actuelle de télescopes spatiaux. Vraisemblablement, comme nous trouvons de plus en plus de planètes, il y aura de plus en plus de planètes nuageuses, il devient donc très important de détecter ce qu'il y a dessus. La spectroscopie haute résolution au sol ainsi que la prochaine génération de télescopes spatiaux seront capables de détecter ces espèces traces sur les planètes nuageuses, offrant un potentiel passionnant pour les biosignatures à l'avenir."

Co-auteur Dr Matteo Brogi, du Département de physique de l'Université de Warwick, a déclaré :« Bien que les planètes de taille intermédiaire entre la Terre et Neptune soient les plus courantes dans notre Galaxie, notre système solaire n'en héberge aucun. Pouvoir déterminer la nature de ces exoplanètes nous permet de mieux replacer notre système solaire dans son contexte, ce qui nous rapproche un peu plus de la percée du mystère de nos origines."