C'est une impression d'artiste de la taille de la Terre, exoplanète rocheuse GJ 1132 b, situé à 41 années-lumière autour d'une étoile naine rouge. Des scientifiques utilisant le télescope spatial Hubble de la NASA ont trouvé des preuves que cette planète a peut-être perdu son atmosphère d'origine mais en a gagné une seconde qui contient un mélange toxique d'hydrogène, méthane et cyanure d'hydrogène. Hubble a détecté les "empreintes digitales" de ces gaz alors que la lumière de l'étoile mère filtrait à travers l'atmosphère de l'exoplanète. La planète est trop éloignée et trop sombre pour être photographiée par Hubble. Cela illustre ce que les astronomes pensent qui se passe dans ce monde éloigné. Sous le smog de la planète, atmosphère brumeuse, il peut y avoir une croûte mince de seulement quelques centaines de pieds d'épaisseur. La lave en fusion sous la surface suinte continuellement à travers les fissures volcaniques. Les gaz qui s'infiltrent à travers ces fissures semblent constamment reconstituer l'atmosphère, qui seraient autrement éliminés par le rayonnement fulgurant de l'étoile à proximité de la planète. L'attraction gravitationnelle d'une autre planète du système fracture probablement la surface de GJ 1132 b pour ressembler à une coquille d'œuf fissurée. C'est la première fois qu'une soi-disant "atmosphère secondaire" est détectée sur une planète en dehors de notre système solaire. Crédit :NASA, ESA, et R. Hurt (IAPC/Caltech)
En orbite autour d'une étoile naine rouge à 41 années-lumière se trouve une étoile de la taille de la Terre, exoplanète rocheuse appelée GJ 1132 b. À certains égards, GJ 1132 b a des parallèles intrigants avec la Terre, mais à d'autres égards, c'est très différent. L'une des différences est que son smog, l'atmosphère brumeuse contient un mélange toxique d'hydrogène, méthane et cyanure d'hydrogène. Les scientifiques utilisant le télescope spatial Hubble de la NASA ont trouvé des preuves que ce n'est pas l'atmosphère d'origine de la planète, et que le premier a été balayé par le rayonnement fulgurant de l'étoile parente proche de GJ 1132 b. On pense que la soi-disant «atmosphère secondaire» se forme lorsque la lave en fusion sous la surface de la planète suinte continuellement à travers les fissures volcaniques. Les gaz qui s'infiltrent à travers ces fissures semblent constamment reconstituer l'atmosphère, qui, autrement, serait également dépouillé par l'étoile. C'est la première fois qu'une atmosphère secondaire est détectée sur un monde en dehors de notre système solaire.
Des scientifiques utilisant le télescope spatial Hubble de la NASA ont trouvé des preuves qu'une planète en orbite autour d'une étoile lointaine a peut-être perdu son atmosphère mais en a gagné une seconde grâce à l'activité volcanique.
La planète, GJ 1132b, est supposé avoir commencé comme un monde gazeux avec une épaisse couverture d'hydrogène d'atmosphère. Partant de plusieurs fois le diamètre de la Terre, ce soi-disant "sous-Neptune" aurait rapidement perdu son atmosphère primordiale d'hydrogène et d'hélium en raison du rayonnement intense du chaud, jeune étoile elle orbite. En peu de temps, une telle planète serait réduite à un noyau nu de la taille de la Terre. C'est alors que les choses sont devenues intéressantes.
A la surprise des astronomes, Hubble a observé une atmosphère qui, selon leur théorie, c'est une "atmosphère secondaire" qui est présente maintenant. Sur la base d'une combinaison de preuves d'observation directes et d'inférences par modélisation informatique, l'équipe rapporte que l'atmosphère est constituée d'hydrogène moléculaire, cyanure d'hydrogène, méthane et contient également une brume d'aérosol. La modélisation suggère que la brume d'aérosol est basée sur des hydrocarbures produits photochimiquement, semblable au smog sur Terre.
Les scientifiques interprètent l'hydrogène atmosphérique actuel dans GJ 1132 b comme de l'hydrogène de l'atmosphère d'origine qui a été absorbé dans le manteau magmatique en fusion de la planète et est maintenant lentement libéré par des processus volcaniques pour former une nouvelle atmosphère. L'atmosphère que nous voyons aujourd'hui est censée être continuellement reconstituée pour équilibrer l'hydrogène qui s'échappe dans l'espace.
"C'est super excitant parce que nous pensons que l'atmosphère que nous voyons maintenant s'est régénérée, donc ça pourrait être une atmosphère secondaire, ", a déclaré Raissa Estrela, co-auteur de l'étude du Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA en Californie du Sud. "Nous avons d'abord pensé que ces planètes fortement irradiées pouvaient être assez ennuyeuses parce que nous pensions qu'elles avaient perdu leur atmosphère. Mais nous avons examiné les observations existantes de cette planète avec Hubble et nous avons dit :'Oh non, il y a une atmosphère là-bas.'"
Les résultats pourraient avoir des implications pour d'autres exoplanètes, planètes au-delà de notre système solaire.
« Combien de planètes terrestres ne commencent pas comme des terrestres ? Certaines peuvent commencer comme des sous-Neptunes, et ils deviennent terrestres par un mécanisme qui photo-évapore l'atmosphère primordiale. Ce processus fonctionne tôt dans la vie d'une planète, quand l'étoile est plus chaude, ", a déclaré l'auteur principal Mark Swain du JPL. "Ensuite, l'étoile se refroidit et la planète reste là. Donc vous avez ce mécanisme où vous pouvez cuisiner l'atmosphère au cours des 100 premiers millions d'années, et puis les choses s'arrangent. Et si vous pouvez régénérer l'atmosphère, peut-être que tu peux le garder."
Ce graphique montre le spectre de l'atmosphère d'une planète de la taille de la Terre, exoplanète rocheuse, GJ 1132 b. La ligne orange représente le spectre du modèle. En comparaison, le spectre observé est représenté par des points bleus représentant des points de données moyennés, avec leurs barres d'erreur. Cette analyse concorde avec le fait que GJ 1132 b est principalement une atmosphère d'hydrogène avec un mélange de méthane et de cyanure d'hydrogène. La planète possède également des aérosols qui provoquent la diffusion de la lumière. C'est la première fois qu'une soi-disant « atmosphère secondaire, " qui s'est reconstitué après que la planète a perdu son atmosphère primordiale, a été détecté sur un monde en dehors de notre système solaire. Crédit :NASA, ESA, et P. Jeffries (STScI)
D'une certaine manière GJ 1132 b, situé à environ 41 années-lumière de la Terre, a des parallèles alléchants avec la Terre, mais à certains égards, c'est très différent. Les deux ont des densités similaires, tailles similaires, et âges similaires, ayant environ 4,5 milliards d'années. Les deux ont commencé avec une atmosphère dominée par l'hydrogène, et les deux étaient chauds avant de se refroidir. Les travaux de l'équipe suggèrent même que GJ 1132 b et la Terre ont une pression atmosphérique similaire à la surface.
Mais les planètes ont des histoires de formation profondément différentes. On ne pense pas que la Terre soit le noyau survivant d'un sous-Neptune. Et la Terre orbite à une distance confortable de notre Soleil. GJ 1132 b est si proche de son étoile naine rouge qu'elle effectue une orbite autour de son étoile hôte une fois par jour et demi. Cette proximité extrêmement étroite maintient GJ 1132 b verrouillé en marée, montrant le même visage à son étoile à tout moment, tout comme notre Lune garde en permanence un hémisphère face à la Terre.
"La question est, Qu'est-ce qui maintient le manteau suffisamment chaud pour rester liquide et alimenter le volcanisme ?", a demandé Swain. « Ce système est spécial car il a la possibilité de chauffer beaucoup de marée. »
L'échauffement des marées est un phénomène qui se produit par friction, lorsque l'énergie provenant de l'orbite et de la rotation d'une planète est dispersée sous forme de chaleur à l'intérieur de la planète. GJ 1132 b est sur une orbite elliptique, et les forces de marée agissant sur elle sont les plus fortes lorsqu'elle est la plus proche ou la plus éloignée de son étoile hôte. Au moins une autre planète du système de l'étoile hôte tire également gravitationnellement sur la planète.
Les conséquences sont que la planète est comprimée ou étirée par ce « pompage » gravitationnel. Ce chauffage de marée maintient le manteau liquide pendant longtemps. Un exemple proche dans notre propre système solaire est la lune Io de Jupiter, qui a une activité volcanique continue en raison d'un bras de fer de marée de Jupiter et des lunes joviennes voisines.
Étant donné l'intérieur chaud du GJ 1132 b, l'équipe pense que la planète est plus froide, la croûte sus-jacente est extrêmement mince, peut-être seulement des centaines de pieds d'épaisseur. C'est beaucoup trop faible pour supporter quoi que ce soit qui ressemble à des montagnes volcaniques. Son terrain plat peut également être fissuré comme une coquille d'œuf en raison de la flexion des marées. De l'hydrogène et d'autres gaz pourraient être libérés par ces fissures.
Le prochain télescope spatial James Webb de la NASA a la capacité d'observer cette exoplanète. La vision infrarouge de Webb pourrait permettre aux scientifiques de voir jusqu'à la surface de la planète. "S'il y a des mares de magma ou du volcanisme, ces zones seront plus chaudes, " a expliqué Swain. " Cela va générer plus d'émissions, et donc ils examineront potentiellement l'activité géologique réelle, ce qui est passionnant !"
Les conclusions de l'équipe seront publiées dans un prochain numéro de Le journal astronomique .
