Les scientifiques ont mené les premières expériences de laboratoire sur la formation de brume dans des atmosphères exoplanètes simulées, une étape importante pour comprendre les prochaines observations de planètes en dehors du système solaire avec le télescope spatial James Webb.

Les simulations sont nécessaires pour établir des modèles d'atmosphères de mondes lointains, des modèles qui peuvent être utilisés pour rechercher des signes de vie en dehors du système solaire. Les résultats des études sont apparus cette semaine dans Astronomie de la nature .

"L'une des raisons pour lesquelles nous commençons à faire ce travail est de comprendre si le fait d'avoir une couche de brume sur ces planètes les rendrait plus ou moins habitables, " a déclaré l'auteur principal de l'article, Sarah Hörst, professeur adjoint de sciences de la Terre et des planètes à l'Université Johns Hopkins.

Avec les télescopes disponibles aujourd'hui, les planétologues et les astronomes peuvent apprendre quels gaz composent l'atmosphère des exoplanètes. "Chaque gaz a une empreinte qui lui est propre, " dit Hörst. " Si vous mesurez une gamme spectrale suffisamment large, vous pouvez voir comment toutes les empreintes digitales sont superposées les unes sur les autres."

Télescopes actuels, cependant, ne fonctionnent pas aussi bien avec tous les types d'exoplanètes. Ils échouent avec les exoplanètes qui ont des atmosphères brumeuses. La brume est constituée de particules solides en suspension dans le gaz, modifier la façon dont la lumière interagit avec le gaz. Cette atténuation des empreintes spectrales rend la mesure de la composition du gaz plus difficile.

Hörst pense que cette recherche peut aider la communauté scientifique des exoplanètes à déterminer quels types d'atmosphères sont susceptibles d'être brumeux. Avec la brume obscurcissant la capacité d'un télescope à dire aux scientifiques quels gaz composent l'atmosphère d'une exoplanète - sinon les quantités - notre capacité à détecter la vie ailleurs est une perspective plus trouble.

Des planètes plus grandes que la Terre et plus petites que Neptune, appelées super-Terres et mini-Neptunes, sont les types prédominants d'exoplanètes, ou des planètes en dehors de notre système solaire. Comme cette classe de planètes ne se trouve pas dans notre système solaire, nos connaissances limitées les rendent plus difficiles à étudier.

Avec le lancement prochain du télescope spatial James Webb, les scientifiques espèrent pouvoir examiner plus en détail les atmosphères de ces exoplanètes. JWST sera capable de regarder encore plus loin dans le temps que Hubble avec une zone de collecte de lumière environ 6,25 fois plus grande. En orbite autour du soleil à un million de kilomètres de la Terre, JWST aidera les chercheurs à mesurer la composition des atmosphères des planètes extrasolaires et même à rechercher les éléments constitutifs de la vie.

"Une partie de ce que nous essayons d'aider les gens à comprendre est essentiellement où vous voudriez regarder, " a déclaré Hörst à propos des utilisations futures du télescope spatial James Webb.

Étant donné que notre système solaire n'a pas de super-Terre ou de mini-Neptune pour comparaison, les scientifiques n'ont pas de « vérités fondamentales » sur les atmosphères de ces exoplanètes. En utilisant des modèles informatiques, L'équipe de Hörst a pu mettre en place une série de compositions atmosphériques qui modélisent des super-Terres ou des mini-Neptunes. En faisant varier les niveaux de trois gaz dominants (dioxyde de carbone, hydrogène, eau gazeuse), quatre autres gaz (hélium, monoxyde de carbone, méthane, azote) et trois séries de températures, ils ont assemblé neuf "planètes" différentes.

La modélisation informatique a proposé différents pourcentages de gaz, que les scientifiques ont mélangés dans une chambre et chauffés. Sur trois jours, le mélange chauffé s'écoule à travers une décharge de plasma, une configuration qui a initié des réactions chimiques dans la chambre.

"L'énergie brise les molécules de gaz avec lesquelles nous commençons. Elles réagissent les unes avec les autres et fabriquent de nouvelles choses et parfois elles créent une particule solide [créant une brume] et parfois non, " a déclaré Hörst.

« La question fondamentale pour cet article était :Lequel de ces mélanges gazeux - laquelle de ces atmosphères - attendrons-nous qu'il soit brumeux ? dit Hörst.

Les chercheurs ont découvert que les neuf variantes produisaient de la brume en quantités variables. La surprise résidait dans les combinaisons faites plus. L'équipe a trouvé le plus de particules de brume dans deux des atmosphères dominées par l'eau. "Nous avons eu cette idée pendant longtemps que la chimie du méthane était le seul vrai chemin pour faire une brume, et nous savons que ce n'est pas vrai maintenant, " dit Hörst, se référant à des composés abondants en hydrogène et en carbone.

Par ailleurs, les scientifiques ont trouvé des différences dans les couleurs des particules, ce qui pourrait affecter la quantité de chaleur piégée par la brume. "Avoir une couche de brume peut changer la structure de température d'une atmosphère, " a déclaré Hörst. "Cela peut empêcher les photons vraiment énergétiques d'atteindre une surface."

Comme la couche d'ozone qui protège désormais la vie sur Terre des radiations nocives, les scientifiques ont émis l'hypothèse qu'une couche de brume primitive aurait pu protéger la vie au tout début. Cela pourrait être significatif dans notre recherche de vie extérieure.

Pour le groupe de Hörst, les prochaines étapes consistent à analyser les différentes brumes pour voir comment la couleur et la taille des particules affectent la façon dont les particules interagissent avec la lumière. Ils prévoient également d'essayer d'autres compositions, températures, sources d'énergie et examiner la composition de la brume produite.

« Les taux de production étaient très, very first step of what's going to be a long process in trying to figure out which atmospheres are hazy and what the impact of the haze particles is, " Hörst said.