Une équipe internationale de chercheurs, dirigé par des astronomes de l'Université d'Amsterdam, a directement démontré pour la première fois la présence de fer dans l'atmosphère d'une exoplanète. Les chercheurs ont découvert des raies d'émission d'atomes de fer non chargés dans le spectre lumineux de KELT-9b. L'observation était compliquée car l'exoplanète est éclipsée par sa brillante étoile hôte.

L'exoplanète KELT-9b orbite autour de son étoile KELT-9 en 36 heures. L'étoile et la planète sont situées à une distance d'environ 620 années-lumière de la Terre dans la constellation du Cygne. L'étoile a une température de plus de 10, 000 degrés, presque deux fois plus chaud que le soleil. La planète KELT-9b est plus grosse que Jupiter. Il est proche de son étoile, environ trente fois plus proche que la Terre du soleil.

Les chercheurs savaient déjà qu'il devait y avoir du fer dans l'atmosphère planétaire. Il y a quelques années, ils en ont déjà vu des signes en étudiant la lumière des étoiles alors que la planète passait devant son étoile

Dans les nouvelles observations, les chercheurs ont regardé directement la lumière de la planète. C'est compliqué, comme la planète est éclipsée par la lumière de son étoile. Par ailleurs, en raison de sa proximité avec son étoile hôte, un an sur la planète dure environ un jour et demi. Pendant la moitié de cette très courte année, " la face nocturne de la planète fait face à la Terre, mais c'est trop sombre pour être vu. Ainsi, les chercheurs ont capté la lumière pendant 8 heures étroites juste avant que la planète ne disparaisse derrière l'étoile, d'observer son plus chaud, côté jour plus lumineux.

Lorenzo Pino (Université d'Amsterdam), auteur principal de l'étude, compare la recherche de la lumière de l'exoplanète dans l'éblouissement de son étoile hôte à l'observation d'une luciole près d'un lampadaire :« Il y a quelques années, nous avons vu l'ombre de la luciole, ou dans notre cas, l'ombre de l'exoplanète. Nous avons maintenant regardé directement l'exoplanète."

Corrélation croisée

Les chercheurs ont effectué leurs observations sur l'île espagnole de La Palma dans la nuit du 22 juillet 2018 à l'aide d'un télescope italien, le Telescopio Nazionale Galileo. Ce télescope comporte HARPS-N, un spectrographe capable de diviser la lumière et de révéler la présence d'atomes et de molécules spécifiques. Les chercheurs ont extrait les raies d'émission des atomes à l'aide d'une technique appelée corrélation croisée.

Pino compare la corrélation croisée avec le Photoshopping d'une série d'images de film :« L'étoile est stationnaire, mais la planète bouge. La corrélation croisée est une sorte de filtre qui se déplace avec la planète. Cela nous permet d'isoler la lumière planétaire."

Le télescope spatial Hubble

Sur la base des données, les chercheurs pensent maintenant que le fer dans l'atmosphère de l'exoplanète KELT-9b chauffe la partie supérieure de l'atmosphère, la rendant plus chaude que la partie inférieure. L'idée est que le fer absorbe la lumière des étoiles, chauffant ainsi l'atmosphère. Sur Terre, un processus similaire a lieu dans l'atmosphère. Cependant, dans ce cas ce n'est pas le fer mais l'ozone qui chauffe les couches supérieures.

À l'avenir, les chercheurs espèrent mener une enquête plus approfondie en mesurant avec précision la teneur en fer de l'atmosphère planétaire. Par exemple, cela pourrait avoir lieu à l'aide du télescope spatial Hubble sur lequel Lorenzo Pino s'est vu attribuer un temps d'observation. Finalement, les chercheurs espèrent révéler à quel point il fait chaud, des exoplanètes gazeuses géantes telles que KELT-9b émergent et pourquoi il n'y a pas d'exemples comparables dans notre propre système solaire.