Ces vues simulées du Jupiter ultrachaud WASP-121b montrent à quoi pourrait ressembler la planète à l'œil humain à partir de cinq points de vue différents, chacune éclairée à des degrés différents par son étoile mère. Les images ont été réalisées avec une simulation informatique utilisée pour aider les scientifiques à comprendre les atmosphères de ces planètes. Les Jupiters ultrachauds ne reflètent presque pas de lumière, un peu comme le charbon de bois. Cependant, leurs faces diurnes ont des températures comprises entre 3, 600F et 5, 400F, ils produisent donc leur propre éclat comme une braise brûlante. La couleur orange de cette image simulée provient donc de la propre chaleur de la planète. Crédit :NASA/JPL-Caltech/Vivien Parmentier/Aix-Marseille Université (AMU)
Les observations récentes des télescopes spatiaux Hubble et Spitzer de la NASA sur des planètes ultrachaudes ressemblant à Jupiter ont laissé les théoriciens perplexes. Les spectres de ces planètes ont suggéré qu'elles avaient des compositions exotiques et improbables.
Cependant, une nouvelle étude vient de publier par une équipe de recherche qui comprend l'astrophysicien de l'Arizona State University Michael Line, professeur adjoint à l'École d'exploration de la Terre et de l'espace de l'ASU, propose une explication - que ces planètes riches en gaz ont des compositions qui sont fondamentalement normales, en se basant sur ce que l'on sait de la formation des planètes. Ce qui est différent chez eux, c'est que les atmosphères de leurs côtés ressemblent plus à l'atmosphère d'une étoile qu'à celle d'une planète.
"L'interprétation des spectres de la plus chaude de ces planètes ressemblant à Jupiter pose un casse-tête épineux aux chercheurs depuis des années, " dit Line.
Le plus grand casse-tête est pourquoi la vapeur d'eau semble être absente des atmosphères de ces mondes, quand il est abondant dans des planètes similaires mais légèrement plus froides.
Selon la nouvelle étude, Les Jupiter ultrachauds possèdent en effet les ingrédients de l'eau (atomes d'hydrogène et d'oxygène). Mais en raison du fort rayonnement sur les côtés de la planète, les températures y sont suffisamment élevées pour que les molécules d'eau soient complètement déchirées.
Avec des Jupiters ultrachauds en orbite très près de leurs étoiles, un côté de la planète fait face à l'étoile perpétuellement, tandis que la nuit est saisie par des ténèbres sans fin.
Les températures diurnes atteignent entre 3, 600 à 5, 400 degrés Fahrenheit (2, 000 à 3, 000 degrés Celsius), classant les Jupiter ultrachaudes parmi les exoplanètes les plus chaudes connues. Et les températures nocturnes tournent autour de 1, Refroidisseur de 800 degrés Fahrenheit.
Hybrides étoile-planète
Parmi le catalogue croissant de planètes en dehors de notre système solaire, connues sous le nom d'exoplanètes, les Jupiter ultra-chaudes se distinguent comme une classe distincte depuis environ une décennie.
"Les côtés diurnes de ces mondes sont des fournaises qui ressemblent plus à une atmosphère stellaire qu'à une atmosphère planétaire, " a déclaré Vivien Parmentier, astrophysicien à l'Université d'Aix Marseille en France et auteur principal de la nouvelle étude publiée dans Astronomie et astrophysique . "De cette façon, Les Jupiters ultrachauds étendent ce à quoi nous pensons que les planètes devraient ressembler."
Alors que les télescopes comme Spitzer et Hubble peuvent recueillir des informations sur les côtés diurnes des Jupiters ultrachauds, leurs faces nocturnes sont difficiles à sonder pour les instruments actuels.
Les exoplanètes de type Jupiter sont constituées à 99% d'hydrogène moléculaire et d'hélium avec de plus petites quantités d'eau et d'autres molécules. Mais ce que montrent leurs spectres dépend fortement de la température. Les planètes chaudes à chaudes forment des nuages de minéraux, tandis que les planètes plus chaudes fabriquent des molécules d'oxyde de titane absorbant la lumière des étoiles. Pourtant, pour comprendre les spectres ultrachauds de Jupiter, l'équipe de recherche a dû se tourner vers des processus plus communément trouvés dans les étoiles. Crédit :Michael Line/ASU
Le nouvel article propose un modèle pour ce qui pourrait se passer à la fois sur les côtés illuminés et obscurs de ces planètes. Le modèle est basé en grande partie sur des observations et des analyses de trois études récemment publiées, co-écrit par Parmentier, Ligne, et d'autres, qui se concentrent sur trois Jupiter ultrachauds, WASP-103b, WASP-18b, et HAT-P-7b.
La nouvelle étude suggère que les vents violents entraînés par le chauffage peuvent souffler les molécules d'eau déchirées dans les hémisphères nocturnes plus froids des planètes. Là, les atomes peuvent se recombiner en molécules et se condenser en nuages, tout cela avant de retomber dans le jour pour être à nouveau déchiré.
Ressemblance de famille?
Les Jupiters chauds ont été le premier type d'exoplanète largement découvert, à partir du milieu des années 90. Ce sont des cousins plus froids des Jupiters ultrachauds, avec des températures diurnes inférieures à 3, 600 degrés Fahrenheit (2, 000 Celsius).
L'eau s'est avérée courante dans leurs atmosphères, et ainsi, lorsque des Jupiter ultrachauds ont commencé à être trouvés, les astronomes s'attendaient à ce qu'ils montrent également de l'eau dans leurs atmosphères. Mais l'eau s'est avérée manquante sur leurs côtés de jour facilement observables, qui a amené les théoriciens à chercher une alternative, même exotique, composition.
Une hypothèse expliquant pourquoi l'eau est apparue absente dans les Jupiters ultrachauds est que ces planètes doivent s'être formées avec des niveaux très élevés de carbone au lieu d'oxygène. Pourtant, cette idée ne pouvait expliquer les traces d'eau parfois détectées à la limite jour-nuit.
Pour briser l'impasse, l'équipe de recherche s'est inspirée de modèles physiques bien établis d'atmosphères stellaires, ainsi que des "étoiles ratées, " connues sous le nom de naines brunes, dont les propriétés se chevauchent quelque peu avec celles des Jupiters chauds et ultrachauds.
"Insatisfait des compositions extrêmes, nous avons réfléchi plus au problème, ", a déclaré Line. "Ensuite, nous avons réalisé que de nombreuses interprétations antérieures manquaient de certaines clés de la physique et de la chimie qui se produisent à ces températures ultra-chaudes."
L'équipe a adapté un modèle de naine brune développé par Mark Marley, l'un des co-auteurs de l'article et chercheur au centre de recherche Ames de la NASA dans la Silicon Valley, Californie, au cas des Jupiter ultrachauds. Traiter les atmosphères des Jupiters ultrachauds davantage comme des étoiles flamboyantes que comme des planètes conventionnellement plus froides offrait un moyen de donner un sens aux observations de Spitzer et Hubble.
« Avec ces études, nous apportons une partie des connaissances centenaires acquises grâce à l'étude de l'astrophysique des étoiles, au nouveau domaine d'étude des atmosphères exoplanétaires, " dit Parmentier.
"Notre rôle dans cette recherche a été de prendre les spectres observés de ces planètes et de modéliser soigneusement leur physique, ", a déclaré Line. "Cela nous a montré comment produire les spectres observés en utilisant des gaz qui sont plus susceptibles d'être présents dans des conditions extrêmes. Ces planètes n'ont pas besoin de compositions exotiques ou de voies inhabituelles pour les créer. »
