Une équipe dirigée par la NASA a trouvé des preuves que l'exoplanète surdimensionnée WASP-18b est enveloppée dans une stratosphère étouffante chargée de monoxyde de carbone et dépourvue d'eau. Les résultats proviennent d'une nouvelle analyse des observations faites par les télescopes spatiaux Hubble et Spitzer.

La formation d'une couche stratosphère dans l'atmosphère d'une planète est attribuée à des molécules de type « écran solaire », qui absorbent les rayons ultraviolets (UV) et visibles provenant de l'étoile, puis libèrent cette énergie sous forme de chaleur. La nouvelle étude suggère que le "Jupiter chaud" WASP-18b, une planète massive qui orbite très près de son étoile hôte, a une composition inhabituelle, et la formation de ce monde aurait pu être très différente de celle de Jupiter et des géantes gazeuses dans d'autres systèmes planétaires.

"La composition de WASP-18b défie toutes les attentes, " a déclaré Kyle Sheppard du Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, auteur principal de l'article publié dans le Lettres de revues astrophysiques . "Nous ne connaissons aucune autre planète extrasolaire où le monoxyde de carbone domine si complètement la haute atmosphère."

Sur Terre, l'ozone absorbe les UV dans la stratosphère, protégeant notre monde d'une grande partie des radiations nocives du Soleil. Pour la poignée d'exoplanètes avec des stratosphères, l'absorbeur est généralement considéré comme une molécule telle que l'oxyde de titane, un proche parent du dioxyde de titane, utilisé sur Terre comme pigment de peinture et ingrédient de protection solaire.

Les chercheurs ont examiné les données collectées pour WASP-18b, situé à 325 années-lumière de la Terre, dans le cadre d'une enquête pour trouver des exoplanètes avec des stratosphères. La planète des poids lourds, qui a la masse de 10 Jupiters, a été observé à plusieurs reprises, permettant aux astronomes d'accumuler une mine de données relativement importante. Cette étude a analysé cinq éclipses à partir des données archivées de Hubble et deux de Spitzer.

De la lumière émise par l'atmosphère de la planète aux longueurs d'onde infrarouges, au-delà de la région visible, il est possible d'identifier les empreintes spectrales de l'eau et d'autres molécules importantes. L'analyse a révélé l'empreinte particulière de WASP-18b, qui ne ressemble à aucune exoplanète examinée jusqu'à présent. Pour déterminer quelles molécules étaient les plus susceptibles de lui correspondre, l'équipe a effectué une modélisation informatique approfondie.

"La seule explication cohérente des données est une surabondance de monoxyde de carbone et très peu de vapeur d'eau dans l'atmosphère de WASP-18b, en plus de la présence d'une stratosphère, " a déclaré Nikku Madhusudhan, co-auteur de l'étude de l'Université de Cambridge, Royaume-Uni. "Cette rare combinaison de facteurs ouvre une nouvelle fenêtre sur notre compréhension des processus physiques et chimiques dans les atmosphères exoplanétaires."

Les résultats indiquent que WASP-18b a du monoxyde de carbone chaud dans la stratosphère et du monoxyde de carbone plus froid dans la couche de l'atmosphère ci-dessous, appelé la troposphère. L'équipe l'a déterminé en détectant deux types de signatures de monoxyde de carbone, une signature d'absorption à une longueur d'onde d'environ 1,6 micromètre et une signature d'émission à environ 4,5 micromètres. C'est la première fois que des chercheurs détectent les deux types d'empreintes digitales pour un même type de molécule dans l'atmosphère d'une exoplanète.

En théorie, un autre ajustement possible pour les observations est le dioxyde de carbone, qui a une empreinte similaire. Les chercheurs ont exclu cela parce que s'il y avait suffisamment d'oxygène disponible pour former du dioxyde de carbone, l'atmosphère devrait également contenir de la vapeur d'eau.

Pour produire les empreintes spectrales vues par l'équipe, la haute atmosphère de WASP-18b devrait être chargée en monoxyde de carbone. Par rapport à d'autres Jupiters chauds, l'atmosphère de cette planète contiendrait probablement 300 fois plus de "métaux, " ou des éléments plus lourds que l'hydrogène et l'hélium. Cette métallicité extrêmement élevée indiquerait que WASP-18b pourrait avoir accumulé de plus grandes quantités de glace solide au cours de sa formation que Jupiter, suggérant qu'il ne s'est peut-être pas formé comme les autres Jupiters chauds l'ont fait.

"Le lancement prévu du télescope spatial James Webb et d'autres futurs observatoires spatiaux nous donnera l'occasion de poursuivre avec des instruments encore plus puissants et de continuer à explorer l'incroyable éventail d'exoplanètes là-bas, " a déclaré Avi Mandell, un scientifique des exoplanètes à Goddard et le deuxième auteur de l'article.