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    La première empreinte chimique des exoplanètes en transit révèle son lointain lieu de naissance

    L'exoplanète HD 209458b transite par son étoile. Le croissant illuminé et ses couleurs ont été exagérés pour illustrer les spectres lumineux que les astronomes ont utilisés pour identifier les six molécules de son atmosphère. Crédit :Université de Warwick/Mark Garlick

    Les astronomes ont trouvé des preuves que la première exoplanète identifiée en transit avec son étoile aurait pu migrer vers une orbite proche avec son étoile plus éloignée de son lieu de naissance d'origine.

    L'analyse de l'atmosphère de la planète par une équipe comprenant des scientifiques de l'Université de Warwick a identifié l'empreinte chimique d'une planète qui s'est formée beaucoup plus loin de son soleil qu'elle ne réside actuellement. Cela confirme la pensée précédente selon laquelle la planète s'est déplacée vers sa position actuelle après s'être formée, à seulement 7 millions de km de son soleil ou l'équivalent de 1/20e de la distance de la Terre à notre Soleil.

    Les conclusions sont publiées aujourd'hui (7 avril) dans la revue La nature par une équipe internationale d'astronomes. L'Université de Warwick a dirigé la modélisation et l'interprétation des résultats qui marquent la première fois que jusqu'à six molécules dans l'atmosphère d'une exoplanète ont été mesurées pour déterminer sa composition.

    C'est aussi la première fois que les astronomes utilisent ces six molécules pour localiser avec certitude l'emplacement auquel ces éléments chauds, les planètes géantes se forment grâce à la composition de leurs atmosphères.

    Avec du neuf, des télescopes plus puissants bientôt en ligne, leur technique pourrait également être utilisée pour étudier la chimie des exoplanètes qui pourraient potentiellement héberger la vie.

    Cette dernière recherche a utilisé le Telescopio Nazionale Galileo à La Palma, Espagne, pour acquérir des spectres haute résolution de l'atmosphère de l'exoplanète HD 209458b lors de son passage devant son étoile hôte à quatre reprises. La lumière de l'étoile est altérée lorsqu'elle traverse l'atmosphère de la planète et en analysant les différences dans le spectre résultant, les astronomes peuvent déterminer quels produits chimiques sont présents et leurs abondances.

    Pour la première fois, les astronomes ont pu détecter le cyanure d'hydrogène, méthane, ammoniac, acétylène, monoxyde de carbone et de faibles quantités de vapeur d'eau dans l'atmosphère de HD 209458b. L'abondance inattendue de molécules carbonées (cyanure d'hydrogène, méthane, acétylène et monoxyde de carbone) suggère qu'il y a approximativement autant d'atomes de carbone que d'atomes d'oxygène dans l'atmosphère, doubler le carbone attendu. Cela suggère que la planète a préférentiellement accrété du gaz riche en carbone lors de sa formation, ce qui n'est possible que s'il a orbité beaucoup plus loin de son étoile lorsqu'il s'est formé à l'origine, très probablement à une distance similaire à Jupiter ou Saturne dans notre propre système solaire.

    Le Dr Siddharth Gandhi du département de physique de l'Université de Warwick a déclaré :« Les principaux produits chimiques sont les espèces carbonées et azotées. Si ces espèces sont au niveau que nous avons détecté, cela indique une atmosphère enrichie en carbone par rapport à l'oxygène. Nous avons utilisé ces six espèces chimiques pour la première fois pour déterminer où, dans son disque protoplanétaire, elles se seraient formées à l'origine.

    "Il n'y a aucun moyen qu'une planète se forme avec une atmosphère si riche en carbone si elle se trouve dans la ligne de condensation de la vapeur d'eau. A la température très chaude de cette planète (1, 500K), si l'atmosphère contient tous les éléments dans la même proportion que dans l'étoile mère, l'oxygène devrait être deux fois plus abondant que le carbone et principalement lié à l'hydrogène pour former de l'eau ou au carbone pour former du monoxyde de carbone. Notre découverte très différente concorde avec la compréhension actuelle selon laquelle des Jupiters chauds comme HD 209458b se sont formés loin de leur emplacement actuel. »

    En utilisant des modèles de formation planétaire, les astronomes ont comparé l'empreinte chimique de HD 209458b avec ce qu'ils s'attendraient à voir pour une planète de ce type.

    Un système solaire commence sa vie comme un disque de matière entourant l'étoile qui se rassemble pour former les noyaux solides des planètes, qui accumulent ensuite des matières gazeuses pour former une atmosphère. Près de l'étoile où il fait plus chaud, une grande partie de l'oxygène reste dans l'atmosphère sous forme de vapeur d'eau. Plus loin, à mesure qu'il fait plus frais, que l'eau se condense pour devenir de la glace et est enfermée dans le noyau d'une planète, laissant une atmosphère plus fortement composée de molécules à base de carbone et d'azote. Par conséquent, les planètes en orbite près du soleil devraient avoir des atmosphères riches en oxygène, plutôt que du carbone.

    HD 209458b a été la première exoplanète identifiée par la méthode du transit, en l'observant alors qu'il passait devant son étoile. Il a fait l'objet de nombreuses études, mais c'est la première fois que six molécules individuelles sont mesurées dans son atmosphère pour créer une « empreinte chimique » détaillée.

    Le Dr Matteo Brogi de l'équipe de l'Université de Warwick ajoute :"En intensifiant ces observations, nous serons en mesure de dire quelles classes de planètes nous avons en termes de lieu de formation et d'évolution précoce. Il est vraiment important que nous ne travaillions pas en supposant qu'il n'y a que quelques espèces moléculaires qui sont importantes pour déterminer les spectres de ces planètes, comme cela a été souvent fait auparavant. Détecter autant de molécules que possible est utile lorsque nous passons à tester cette technique sur des planètes avec des conditions propices à l'hébergement de la vie, car nous aurons besoin d'un portefeuille complet d'espèces chimiques que nous pouvons détecter."

    Paul Giacobbe, chercheur à l'Institut national italien d'astrophysique (INAF) et auteur principal de l'article, a déclaré :« Si cette découverte était un roman, elle commencerait par 'Au commencement, il n'y avait que de l'eau...' parce que la grande majorité de l'inférence sur les atmosphères des exoplanètes à partir des observations dans le proche infrarouge était basée sur la présence (ou l'absence) de vapeur d'eau, qui domine cette région du spectre. Nous nous sommes demandé :est-il vraiment possible que toutes les autres espèces attendues de la théorie ne laissent aucune trace mesurable ? Découvrir qu'il est possible de les détecter, grâce à nos efforts d'amélioration des techniques d'analyse, ouvre de nouveaux horizons à explorer."


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