Les astronomes du MIT, Université de Harvard, et ailleurs ont cherché un rocher, Exoplanète de la taille de la Terre pour les signes d'une atmosphère et n'en a trouvé aucun.

Des atmosphères ont déjà été détectées sur des planètes beaucoup plus grandes que la nôtre, dont plusieurs Jupiter chauds et sous-Neptunes, qui sont tous principalement constitués de glace et de gaz. Mais c'est la première fois que les scientifiques sont capables de déterminer si une planète de la taille de la Terre, planète terrestre en dehors de notre système solaire a une atmosphère.

La planète en question, LHS 3844b, a été découvert en 2018 par le satellite Transiting Exoplanet Survey de la NASA, TESS, et a été mesurée comme étant environ 1,3 fois plus grande que la Terre. La planète tourne autour de son étoile en seulement 11 heures, ce qui en fait l'une des exoplanètes en orbite les plus rapides connues. L'étoile elle-même est une petite, nain M cool qui réside à seulement 49 années-lumière de la Terre.

Dans un article publié aujourd'hui dans La nature , l'équipe rapporte que LHS 3844b n'a probablement ni un épais, Atmosphère de Vénus ni mince, Atmosphère semblable à la Terre. Au lieu, la planète est probablement plus similaire à Mercure - une cloque, Roche nue. Si jamais une atmosphère avait existé, les chercheurs disent que le rayonnement de l'étoile l'a probablement détruite au début de la formation de la planète.

"Nous avons essentiellement trouvé une planète chaude sans gaz autour d'elle, " dit le co-auteur Daniel Koll, un post-doctorant au Département de la Terre du MIT, Atmosphérique, et sciences planétaires. "C'est la première fois que nous savons quoi que ce soit en détail sur l'atmosphère d'une planète autour de ces M-nains, qui sont le type d'étoile le plus courant, faisant de LHS 3844b le type de planète rocheuse le plus répandu dans la galaxie."

Une forme de vie pourrait-elle réussir à s'installer dans un désert aussi aride ? Koll et ses collègues disent que c'est extrêmement improbable, car l'absence d'atmosphère éliminerait instantanément tous les organismes à la surface de la planète. Mais cela ne signifie pas que les autres exoplanètes terrestres sont également sans couverture.

"Nous n'avons jamais pensé que cette planète particulière serait hospitalière pour la vie, " dit l'auteur principal Laura Kreidberg, chercheur au Harvard Center for Astrophysics. "Il s'agit plutôt de savoir si toute cette catégorie de planètes autour d'étoiles plus petites a ou non des atmosphères. Et notre technique est un moyen robuste d'évaluer si une atmosphère est présente ou non."

Visages exposés

En 2018, LHS 3844b a été parmi la première récolte de mondes extrasolaires confirmée par TESS, un satellite développé par le MIT qui surveille des milliers de satellites les plus proches, étoiles les plus brillantes, pour les transits - des creux périodiques dans la lumière des étoiles qui pourraient signaler une planète en orbite devant l'étoile, bloquant momentanément sa lumière.

Kreidberg et son équipe ont signalé LHS 3844b comme un laboratoire idéal, comme son étoile est brillante et proche, et donc une source contre laquelle les scientifiques pourraient étudier la planète en détail. Comme LHS 3844b est extrêmement proche de son étoile, et donc incroyablement chaud, Kreidberg et Koll ont estimé qu'il devrait dégager suffisamment de chaleur pour révéler des indices quant à savoir s'il héberge une atmosphère.

LHS 3844b est une planète verrouillée par les marées, ce qui signifie qu'il a un côté jour et un côté nuit permanents à son étoile, tout comme la lune montre toujours la même face à la Terre. Si une atmosphère existe, il ferait circuler la chaleur sur toute la planète, et la chaleur émise par les côtés jour et nuit serait à peu près la même. En l'absence d'atmosphère, le côté jour serait considérablement plus chaud que le côté nuit.

Alors que la planète tourne autour de son étoile, un observateur peut voir différentes faces de cette planète. Comme il sort de derrière son étoile, le côté jour de la planète est exposé. Puis, pendant qu'il tourne devant l'étoile, la planète pivote pour montrer son côté nocturne, avant de revenir exposer son côté jour avant de repasser derrière l'étoile.

Les chercheurs ont pensé que s'ils pouvaient mesurer la chaleur dégagée par les différentes faces de la planète pendant son orbite, ils pourraient déterminer la différence de température entre le côté jour et le côté nuit, et ultimement, si la planète a une atmosphère.

Pour tester cette idée, l'équipe a utilisé le télescope spatial Spitzer de la NASA, un instrument qui mesure le rayonnement infrarouge, ou la chaleur, et pointé le télescope vers LHS 3844b pendant 100 heures, capturant environ 10 orbites de la planète au total. Ils ont mesuré la chaleur dégagée par les différentes faces de la planète sur chaque orbite.

"Cela a été fait beaucoup pour les planètes plus proches en taille de Jupiter, mais c'est la toute première fois que cette mesure est faite pour une planète terrestre autour d'une étoile naine M, " dit Koll.

"Quelque part là-bas"

De leurs mesures, les chercheurs ont calculé que le jour est un chaud 1, 000 kelvins, ou environ 1, 340 degrés Fahrenheit, alors que le côté nuit descend jusqu'à 0 K, ou -460 F. La différence de température drastique indique que la planète n'a pas d'épaisseur, Atmosphère semblable à celle de Vénus qui répartirait uniformément la chaleur sur toute la planète.

L'équipe a simulé divers scénarios impliquant des atmosphères plus minces de différentes compositions, mais ils ont constaté qu'aucun ne produisait une distribution de chaleur qui correspondait à leurs observations, indiquant que la planète n'héberge pas non plus un mince, Atmosphère semblable à la Terre.

Il y avait un scénario dans lequel une atmosphère extrêmement mince, semblable à celui de Mars, pourrait produire la différence de chaleur drastique de la planète. Cependant, l'équipe a découvert qu'il était peu probable qu'une atmosphère aussi mince puisse rester stable, car le rayonnement de l'étoile éliminerait rapidement toute trace de gaz entourant la planète.

Les chercheurs ont conclu que LHS 3844b est essentiellement un super-chaud, Roche nue. Mais de quel type de roche peut-il s'agir ? Dans une dernière étape, l'équipe a cherché à identifier sa composition en mesurant la réflectivité de la surface de la planète. Comme nous le savons sur Terre, différents minéraux réfléchissent la lumière à divers degrés :basalte, qui est noir, lave solidifiée, réfléchit très peu de lumière, tandis que les roches de couleur plus claire comme le granit, contenant des minéraux tels que le quartz, ont une réflectivité plus élevée. L'équipe a mesuré le rapport entre la luminosité de l'étoile et celle de la planète afin de calculer la réflectivité de la planète.

"Nous pouvons voir qu'une surface semblable à du granit est exclue par nos données, alors qu'un matériau sombre comme un champ de lave à Hawaï, ou la jument lunaire, ou comme la surface de Mercure, est conforme à nos observations, " dit Kreidberg.

Alors que le groupe a conclu qu'il y a une absence de toute atmosphère et, donc, vie—sur LHS 3844b, ils disent que ce n'est peut-être pas le cas pour des exoplanètes terrestres similaires en orbite autour de naines M froides. Ils espèrent appliquer leur technique à d'autres exoplanètes rocheuses, y compris ceux qui sont plus éloignés de leurs étoiles et ont de meilleures chances de conserver une atmosphère.

"Les atmosphères aident à protéger la vie et à la protéger des rayons ultraviolets, " dit Kreidberg. " Je serais ravi de détecter une atmosphère sur une planète, même s'il fait un peu trop chaud ou trop froid, car cela nous dirait, Oui, certaines exoplanètes terrestres peuvent avoir des atmosphères, et probablement quelque part là-bas, il va y en avoir un qui est à la bonne température, qui a été capable de garder l'eau liquide.