Une équipe internationale de scientifiques a récemment mesuré le spectre de l'atmosphère d'une rare exoplanète chaude Neptune, dont la découverte par le Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) de la NASA a été annoncée le mois dernier.

La découverte a été faite avec des données fournies par le télescope spatial Spitzer de la NASA, aujourd'hui à la retraite, qui permet un unique, vue infrarouge de l'univers pour regarder dans des régions de l'espace qui sont cachées aux télescopes optiques.

L'un des principaux objectifs de la mission TESS de la NASA est de trouver de nouveaux, petites planètes qui seraient de bonnes cibles pour la caractérisation atmosphérique. Au début de sa mission, il a trouvé LTT9779b, une planète en orbite autour d'une étoile semblable au Soleil située à 260 années-lumière de la Terre. Cette planète, un peu plus grand que Neptune, orbite très près de son étoile. La planète se trouve dans le "désert chaud de Neptune, " où les planètes ne devraient pas exister. En effet, les exoplanètes chaudes les plus proches sont soit des géantes gazeuses de la taille de Jupiter ou de Saturne qui ont une masse suffisante pour retenir la majeure partie de leur atmosphère en utilisant leur gravité élevée contre l'évaporation causée par l'étoile, ou de petites exoplanètes rocheuses qui ont perdu leur atmosphère au profit de l'étoile il y a longtemps.

"Cette Neptune ultra-chaude est une exoplanète "de taille moyenne" qui orbite très près de son étoile (il ne faut que 19 heures pour terminer une orbite), mais sa faible densité indique qu'il a encore une atmosphère pesant au moins 10 pour cent de la masse de la planète, " a expliqué Diana Dragomir, professeure adjointe de physique et d'astronomie à l'Université du Nouveau-Mexique, qui dirige les travaux auxquels ont participé plus de 25 institutions.

L'âge de ce système est de 2 milliards d'années. A cette température élevée, l'atmosphère de la planète devrait s'être évaporée depuis longtemps, tôt dans la vie du système. "Les Neptunes chauds sont rares, et un dans un environnement aussi extrême que celui-ci est difficile à expliquer car sa masse n'est pas assez grande pour conserver une atmosphère très longtemps. Alors comment ça s'est passé ? LTT9779b nous a fait nous gratter la tête, mais le fait qu'elle ait une atmosphère nous donne un moyen rare d'étudier ce type de planète, nous avons donc décidé de le sonder avec un autre télescope, " ajouta Dragomir.

Pour étudier sa composition atmosphérique et faire la lumière sur son origine, les scientifiques ont obtenu des observations d'éclipses secondaires avec la caméra infrarouge Spitzer (IRAC) de la chaude Neptune. Les observations de Spitzer ont confirmé une présence atmosphérique et permis de mesurer la très haute température de la planète, environ 2, 000 Kelvin (environ 3, 000 degrés Fahrenheit). "Pour la première fois, nous avons mesuré la lumière provenant d'une planète qui ne devrait pas exister!", a déclaré Dragomir.

Après avoir combiné les observations de Spitzer avec une mesure de l'éclipse secondaire dans la bande passante du TESS, les scientifiques ont étudié le spectre d'émission résultant et identifié des preuves d'absorption moléculaire dans l'atmosphère de la planète, qu'ils pensent être dus au monoxyde de carbone. Cette molécule n'est pas inattendue dans les atmosphères des grosses planètes chaudes (Jupiters chauds), mais le trouver dans un Neptune chaud peut fournir des indices sur l'origine de cette planète et comment elle a réussi à s'accrocher à son atmosphère. Ce résultat constitue la première détection de caractéristiques atmosphériques dans une exoplanète découverte par TESS, et le tout premier pour un Neptune ultra-chaud.

"S'il y a beaucoup d'atmosphère autour de la planète, comme c'est le cas pour LTT9779b, alors vous pouvez l'étudier plus facilement, " a déclaré Dragomir. " Une atmosphère plus petite serait beaucoup plus difficile à observer. " Les résultats indiquent que le LTT9779b est une excellente cible pour une caractérisation supplémentaire avec le prochain télescope spatial James Webb de la NASA (JWST), ce qui pourrait également vérifier si l'absorption moléculaire observée est bien due au monoxyde de carbone.

Un papier d'accompagnement, dirigé par le professeur adjoint de l'Université du Kansas, Ian Crossfield, ont également trouvé des signes indiquant que l'atmosphère de la planète a un niveau d'éléments lourds plus élevé que prévu. C'est d'autant plus fascinant que les deux planètes de taille similaire de notre système solaire, Neptune et Uranus, sont principalement composés d'éléments légers comme l'hydrogène et l'hélium.

"LTT9779 est l'une de ces cibles super excitantes, une pierre précieuse très rare pour notre compréhension des Neptunes chaudes. Nous pensons avoir détecté du monoxyde de carbone dans son atmosphère et que la journée permanente est très chaude, alors que très peu de chaleur est transportée vers le côté nuit, " a déclaré Björn Benneke, professeur à l'Université de Montréal et membre de l'Institut de recherche sur les exoplanètes (iREx). "Les deux découvertes font dire à LTT9779b qu'il y a un signal très fort à observer faisant de la planète une cible très intrigante pour une future caractérisation détaillée avec JWST."

Ensemble, ces résultats ont ouvert la voie à des investigations similaires sur un plus grand échantillon d'exoplanètes découvertes dans ce désert chaud de Neptune, qui sont la clé pour découvrir l'origine de cette population unique d'exoplanètes.

La recherche, Spitzer révèle des preuves d'absorption moléculaire dans l'atmosphère du Neptune chaud LTT 9779b, a été publié dans Le Lettres de revues astrophysiques .