L'illustration de l'artiste montre la planète géante gazeuse Kepler-13Ab comparée en taille à plusieurs planètes de notre système solaire. L'exoplanète géante est six fois plus massive que Jupiter. Kepler-13Ab est également l'une des planètes les plus chaudes connues, avec une température diurne de près de 5, 000 degrés Fahrenheit. Il orbite très près de l'étoile Kepler-13A, qui est 1, 730 années-lumière de la Terre. Crédit :NASA, ESA, et A. Feild (STScI)
Les astronomes de Penn State ont utilisé le télescope spatial Hubble pour trouver une planète géante brûlante en dehors de notre système solaire où l'atmosphère « neige » de l'oxyde de titane. Ces observations de Hubble sont les premières détections de ce processus de "déneigement", appelé "piège froid, " sur une exoplanète. Cette découverte, et d'autres observations faites par l'équipe de Penn State, donner un aperçu de la complexité du temps et de la composition atmosphérique sur les exoplanètes, et pourrait un jour être utile pour évaluer l'habitabilité des planètes de la taille de la Terre.
"De plusieurs façons, les études atmosphériques que nous réalisons actuellement sur ces planètes gazeuses « de Jupiter chaude » sont des bancs d'essai pour savoir comment nous allons faire des études atmosphériques de la Terre, planètes semblables à la Terre, " a déclaré Thomas Beatty, professeur adjoint de recherche en astronomie à Penn State et auteur principal de l'étude. « En savoir plus sur les atmosphères de ces planètes et leur fonctionnement nous aidera lorsque nous étudierons des planètes plus petites qui sont plus difficiles à voir et dont l'atmosphère présente des caractéristiques plus compliquées. » Les résultats de l'équipe sont publiés dans le numéro d'octobre 2017 de Le journal astronomique .
L'équipe de Beatty a ciblé la planète Kepler-13Ab car c'est l'une des exoplanètes les plus chaudes connues. Sa température diurne est proche de 5, 000 degrés Fahrenheit. Kepler-13Ab est si proche de son étoile mère qu'elle est bloquée par les marées, ainsi un côté fait toujours face à l'étoile tandis que l'autre côté est dans l'obscurité permanente. L'équipe a découvert que les chutes de neige de la crème solaire ne se produisent que du côté nocturne permanent de la planète. Tous les visiteurs de cette exoplanète devraient mettre en bouteille une partie de cette crème solaire, parce qu'ils ne le trouveront pas du côté de la chaleur torride de la journée.
Les astronomes n'ont pas cherché spécifiquement l'oxyde de titane. Au lieu, leurs études ont révélé que l'atmosphère de cette planète géante est plus froide à des altitudes plus élevées, ce qui était surprenant car c'est le contraire de ce qui se passe sur d'autres Jupiters chauds. L'oxyde de titane dans les atmosphères d'autres Jupiters chauds absorbe la lumière et la rediffuse sous forme de chaleur, rendre l'atmosphère plus chaude à des altitudes plus élevées. Même à leurs températures beaucoup plus froides, la plupart des géantes gazeuses de notre système solaire ont également des températures plus chaudes à des altitudes plus élevées.
Intrigué par cette surprenante découverte, les chercheurs ont conclu que la forme gazeuse absorbant la lumière de l'oxyde de titane a été retirée du côté jour de l'atmosphère de la planète Kepler-13Ab. Sans le gaz d'oxyde de titane pour absorber la lumière des étoiles entrante du côté de la journée, la température atmosphérique y se refroidit avec l'augmentation de l'altitude.
Cette illustration montre la planète chaude bouillonnante Kepler-13Ab qui tourne très près de son étoile hôte, Kepler-13A. En arrière-plan se trouve le compagnon binaire de l'étoile, Kepler-13B, et le troisième membre du système d'étoiles multiples est l'étoile naine orange Kepler-13C. Crédit :NASA, ESA, et G. Bacon (STScI)
Les astronomes suggèrent que des vents puissants sur Kepler-13Ab transportent le gaz d'oxyde de titane, en le condensant en flocons cristallins qui forment des nuages. La forte gravité de surface de Kepler-13Ab – six fois supérieure à celle de Jupiter – tire ensuite la neige d'oxyde de titane de la haute atmosphère et la piège dans la basse atmosphère du côté nocturne de la planète.
"Comprendre ce qui définit les climats d'autres mondes a été l'une des grandes énigmes de la dernière décennie, " a déclaré Jason Wright, professeur agrégé d'astronomie à Penn State, et l'un des co-auteurs de l'étude. "Voir ce processus de piège à froid en action nous fournit une pièce importante et recherchée de ce puzzle."
Les observations de l'équipe confirment une théorie d'il y a plusieurs années selon laquelle ce type de précipitation pourrait se produire sur des planètes chaudes avec une gravité puissante. "Probablement, ce processus de précipitation se produit sur la plupart des Jupiters chauds observés, mais ces géantes gazeuses ont toutes une gravité de surface inférieure à celle de Kepler-13Ab, " expliqua Beatty. " La neige d'oxyde de titane ne tombe pas assez loin dans ces atmosphères, et puis il revient au jour le plus chaud, se revaporise, et retourne à l'état gazeux."
Les chercheurs ont utilisé la caméra à champ large 3 de Hubble pour effectuer des observations spectroscopiques de l'atmosphère de l'exoplanète dans le proche infrarouge. Hubble a fait les observations alors que le monde lointain voyageait derrière son étoile, un événement de transit appelé éclipse secondaire. Ce type de transit fournit des informations sur la température des composants de l'atmosphère du côté jour de l'exoplanète.
"Ces observations de Kepler-13Ab nous disent comment se forment les condensats et les nuages dans les atmosphères des Jupiters très chauds, et comment la gravité affectera la composition d'une atmosphère, " expliqua Beatty. " En regardant ces planètes, vous devez savoir non seulement à quel point ils sont chauds, mais aussi à quoi ressemble leur gravité."
