Exoplanètes, planètes dans d'autres systèmes solaires, peuvent orbiter très près de leurs étoiles hôtes. Lorsque l'étoile hôte est beaucoup plus chaude que le soleil, l'exoplanète devient aussi chaude qu'une étoile. La planète "ultra-chaude" la plus chaude a été découverte l'année dernière par des astronomes américains. Aujourd'hui, une équipe internationale dirigée par des chercheurs de l'Université de Genève (UNIGE), qui a collaboré avec des théoriciens de l'Université de Berne (UNIBE), La Suisse, découvert la présence de vapeurs de fer et de titane dans l'atmosphère de cette planète. La détection de ces métaux lourds a été rendue possible par la température de surface de la planète, qui atteint plus de 4000 degrés. Cette découverte est publiée dans la revue La nature .

KELT-9 est une étoile située à 650 années-lumière de la Terre dans la constellation du Cygne (le Cygne). Avec une température de plus de 10, 000 degrés, il fait presque deux fois plus chaud que le soleil. Cette étoile est orbitaire d'une planète gazeuse géante KELT-9b, qui est 30 fois plus proche que la distance de la Terre au soleil. En raison de cette proximité, la planète fait le tour de son étoile en 36 heures et est chauffée à une température supérieure à 4, 000 degrés. Il ne fait pas aussi chaud que le soleil, mais plus chaud que beaucoup d'étoiles. Maintenant, on ne sait pas encore à quoi ressemble une telle atmosphère planétaire, ou comment il peut évoluer dans de telles conditions.

Les chercheurs du PRN PlanetS ont réalisé une étude théorique sur l'atmosphère de la planète KELT-9b. "Les résultats de ces simulations montrent que la plupart des molécules qui s'y trouvent devraient être sous forme atomique, parce que les liaisons qui les maintiennent ensemble sont rompues par les collisions entre les particules qui se produisent à ces températures extrêmement élevées, " explique Kevin Heng, professeur à l'UNIBE. Ceci est une conséquence directe de la température extrême. Leur étude prédit également qu'il devrait être possible d'observer le fer atomique gazeux dans l'atmosphère de la planète à l'aide des télescopes actuels.

La lumière révèle les composants chimiques de l'atmosphère

L'équipe de recherche avait observé cette planète précisément alors qu'elle se déplaçait devant son étoile hôte (c'est-à-dire lors d'un transit). Pendant le transit, une infime fraction de la lumière de l'étoile filtre à travers l'atmosphère de la planète, et l'analyse de cette lumière filtrée peut révéler la composition chimique de l'atmosphère. Ceci est réalisé avec un spectrographe, qui sépare la lumière blanche en son spectre de composants. Vapeur de fer, si présent, laisserait une empreinte reconnaissable dans le spectre de la planète.

A l'aide du spectrographe HARPS-Nord, construit à Genève et installé sur le Telescopio Nazionale Galileo à La Palma, les astronomes ont découvert un signal fort correspondant à la vapeur de fer dans le spectre de la planète. "Avec les prédictions théoriques en main, c'était comme suivre une carte au trésor, " dit Jens Hoeijmakers, chercheur aux Universités de Genève et de Berne et auteur principal de l'étude. "Et quand nous avons creusé plus profondément dans les données, nous avons trouvé encore plus, " ajoute-t-il. L'équipe a également détecté la signature du titane sous forme de vapeur.

Cette découverte révèle les propriétés atmosphériques d'une nouvelle classe de "Jupiter ultra-chaud". Cependant, les scientifiques pensent que de nombreuses exoplanètes se sont complètement évaporées dans des environnements similaires à KELT-9b. Bien que cette planète soit probablement assez massive pour résister à une évaporation totale, cette nouvelle étude démontre le fort impact du rayonnement stellaire sur la composition de l'atmosphère. En effet, ces observations confirment que les températures élevées sur cette planète brisent la plupart des molécules, y compris ceux contenant du fer ou du titane. Dans des exoplanètes géantes plus froides, ces espèces atomiques seraient cachées dans des oxydes gazeux ou sous forme de particules de poussière, les rendant difficiles à détecter. Ce n'est pas le cas sur KELT-9b. "Cette planète est un laboratoire unique pour analyser comment les atmosphères peuvent évoluer sous un rayonnement stellaire intense, " conclut David Ehrenreich, chercheur principal au sein de l'équipe FOUR ACES de l'UNIGE.