Cette illustration d'artiste montre la structure interne théorique de l'exoplanète GJ 3470 b. Elle ne ressemble à aucune planète du système solaire. Pesant 12,6 masses terrestres, la planète est plus massive que la Terre mais moins massive que Neptune. Contrairement à Neptune, qui est à 3 milliards de miles du Soleil, GJ 3470 b peut s'être formé très près de son étoile naine rouge sous la forme d'un objet rocheux. Il a ensuite attiré par gravité de l'hydrogène et de l'hélium gazeux d'un disque circumstellaire pour créer une atmosphère épaisse. Le disque s'est dissipé il y a plusieurs milliards d'années, et la planète a cessé de croître. L'illustration du bas montre le disque tel que le système a pu se présenter il y a longtemps. Les observations des télescopes spatiaux Hubble et Spitzer de la NASA ont analysé chimiquement la composition de l'atmosphère très claire et profonde de GJ 3470 b, donnant des indices sur l'origine de la planète. De nombreuses planètes de cette masse existent dans notre galaxie. Crédit :NASA, ESA, et L. Hustak (STScI)
Deux télescopes spatiaux de la NASA se sont associés pour identifier, pour la première fois, l'« empreinte » chimique détaillée d'une planète entre les tailles de la Terre et de Neptune. Aucune planète comme celle-ci ne peut être trouvée dans notre propre système solaire, mais ils sont communs autour d'autres étoiles.
La planète, Gliese 3470 b (également connu sous le nom de GJ 3470 b), peut être un croisement entre la Terre et Neptune, avec un gros noyau rocheux enfoui sous une profonde atmosphère de concassage d'hydrogène et d'hélium. Pesant 12,6 masses terrestres, la planète est plus massive que la Terre, mais moins massive que Neptune (qui fait plus de 17 masses terrestres).
De nombreux mondes similaires ont été découverts par l'observatoire spatial Kepler de la NASA, dont la mission a pris fin en 2018. En effet, 80% des planètes de notre galaxie pourraient se situer dans cette fourchette de masse. Cependant, les astronomes n'ont jamais été capables de comprendre la nature chimique d'une telle planète jusqu'à présent, disent les chercheurs.
En inventoriant le contenu de l'atmosphère du GJ 3470 b, les astronomes sont capables de découvrir des indices sur la nature et l'origine de la planète.
"C'est une grande découverte du point de vue de la formation de la planète. La planète orbite très près de l'étoile et est beaucoup moins massive que Jupiter—318 fois la masse de la Terre—mais a réussi à accréter l'atmosphère primordiale d'hydrogène/hélium qui est en grande partie "non polluée" par des éléments plus lourds, " a déclaré Björn Benneke de l'Université de Montréal, Canada. "Nous n'avons rien de tel dans le système solaire, et c'est ce qui le rend frappant."
Les astronomes ont fait appel aux capacités combinées à plusieurs longueurs d'onde des télescopes spatiaux Hubble et Spitzer de la NASA pour effectuer une étude inédite de l'atmosphère de GJ 3470 b.
Cela a été accompli en mesurant l'absorption de la lumière des étoiles lorsque la planète passait devant son étoile (transit) et la perte de lumière réfléchie par la planète lorsqu'elle passait derrière l'étoile (éclipse). Tout totalisé, les télescopes spatiaux ont observé 12 transits et 20 éclipses. La science de l'analyse des empreintes chimiques basées sur la lumière est appelée « spectroscopie ».
"Pour la première fois, nous avons une signature spectroscopique d'un tel monde, " dit Benneke. Mais il est à court de classification :faut-il l'appeler "super-Terre" ou "sous-Neptune ?" Ou peut-être autre chose ?
Fortuitement, l'atmosphère de GJ 3470 b s'est avérée en grande partie claire, avec seulement de fines brumes, permettant aux scientifiques de sonder profondément dans l'atmosphère.
"Nous nous attendions à une atmosphère fortement enrichie en éléments plus lourds comme l'oxygène et le carbone qui forment une abondante vapeur d'eau et du méthane, semblable à ce que nous voyons sur Neptune", dit Benneke. "Au lieu, nous avons trouvé une atmosphère si pauvre en éléments lourds que sa composition ressemble à la composition riche en hydrogène/hélium du Soleil."
D'autres exoplanètes appelées « Jupiters chaudes » se formeraient loin de leurs étoiles, et au fil du temps migrer beaucoup plus près. Mais cette planète semble s'être formée là où elle est aujourd'hui, dit Benneke.
L'explication la plus plausible, selon Benneke, est que GJ 3470 b est né précairement près de son étoile naine rouge, qui est environ la moitié de la masse de notre Soleil. Il émet l'hypothèse qu'il a essentiellement commencé comme une roche sèche, et a rapidement accrété de l'hydrogène à partir d'un disque de gaz primordial lorsque son étoile était très jeune. Le disque est appelé "disque protoplanétaire".
"We're seeing an object that was able to accrete hydrogen from the protoplanetary disk, but didn't runaway to become a hot Jupiter, " said Benneke. "This is an intriguing regime."
One explanation is that the disk dissipated before the planet could bulk up further. "The planet got stuck being a sub-Neptune, " said Benneke.
NASA's upcoming James Webb Space Telescope will be able to probe even deeper into GJ 3470 b's atmosphere thanks to the Webb's unprecedented sensitivity in the infrared. The new results have already spawned large interest by American and Canadian teams developing the instruments on Webb. They will observe the transits and eclipses of GJ 3470 b at light wavelengths where the atmospheric hazes become increasingly transparent.
