Figure 1 :Comparaison de notre système solaire (en haut) et du système planétaire WASP-33 (en bas). Les distances des planètes du système solaire ne sont pas à l'échelle. WASP-33b est beaucoup plus proche de son étoile hôte que Mercure ne l'est du Soleil; il a une température élevée de 2500 degrés Celsius en raison du rayonnement extrême de son étoile hôte. Un côté de WASP-33b est constamment tourné vers son étoile hôte, semblable à la façon dont le même côté de la Lune fait toujours face à la Terre. Crédit :WP, CC BY-SA 3.0, Wikimedia Commons (en haut), Centre d'astrobiologie (en bas))
Une collaboration internationale d'astronomes dirigée par un chercheur du Centre d'astrobiologie et de l'Université Queen's de Belfast a détecté une nouvelle signature chimique dans l'atmosphère d'une planète extrasolaire, c'est-à-dire une planète qui orbite autour d'une étoile autre que notre soleil. Le radical hydroxyle (OH) a été trouvé du côté jour de l'exoplanète WASP-33b. Cette planète est ce qu'on appelle un "Jupiter ultra-chaud", " une planète géante gazeuse en orbite autour de son étoile hôte beaucoup plus près que Mercure tourne autour du soleil (Figure 1) et atteint donc des températures atmosphériques de plus de 2500 degrés C (assez chaude pour faire fondre la plupart des métaux). Le chercheur principal basé au Centre d'Astrobiologie et Université Queen's de Belfast, Dr Stevanus Nugroho, dit, "C'est la première preuve directe d'OH dans l'atmosphère d'une planète au-delà du système solaire. Cela montre non seulement que les astronomes peuvent détecter cette molécule dans les atmosphères d'exoplanètes, mais aussi qu'ils peuvent commencer à comprendre la chimie détaillée de cette population planétaire."
Dans l'atmosphère terrestre, L'OH est principalement produit par la réaction de la vapeur d'eau avec l'oxygène atomique. Il s'agit d'un "détergent atmosphérique" qui joue un rôle crucial dans l'atmosphère terrestre pour purger les gaz polluants dangereux pour la vie (par exemple le méthane, monoxyde de carbone). Dans une planète beaucoup plus chaude et plus grande comme WASP-33b (Figure 2, où les astronomes ont déjà détecté des signes de gaz d'oxyde de fer et de titane) OH joue un rôle clé dans la détermination de la chimie de l'atmosphère par le biais d'interactions avec la vapeur d'eau et le monoxyde de carbone. On pense que la majeure partie de l'OH dans l'atmosphère de WASP-33b a été produite par la destruction de la vapeur d'eau en raison de la température extrêmement élevée. "Nous ne voyons qu'un signal provisoire et faible de la vapeur d'eau dans nos données, ce qui soutiendrait l'idée que l'eau est détruite pour former des hydroxyles dans cet environnement extrême, " explique le Dr Ernst de Mooij de l'Université Queen's de Belfast, un co-auteur de cette étude.
Pour faire cette découverte, l'équipe a utilisé l'instrument InfraRed Doppler (IRD) au télescope Subaru de 8,2 mètres de diamètre situé dans la zone du sommet de Maunakea à Hawai`i (environ 4, 200 m d'altitude). Ce nouvel instrument peut détecter des atomes et des molécules grâce à leurs « empreintes spectrales, " ensembles uniques de caractéristiques d'absorption sombre superposées à l'arc-en-ciel de couleurs (ou spectre) émis par les étoiles et les planètes. Alors que la planète orbite autour de son étoile hôte, sa vitesse par rapport à la Terre change avec le temps. Tout comme la sirène d'une ambulance ou le rugissement du moteur d'une voiture de course semble changer de ton en passant devant nous, les fréquences de la lumière (c'est-à-dire la couleur) de ces empreintes spectrales changent avec la vitesse de la planète. Cela nous permet de séparer le signal de la planète de son étoile hôte brillante, qui submerge normalement de telles observations, bien que les télescopes modernes soient loin d'être assez puissants pour prendre des images directes d'exoplanètes aussi «chaudes de Jupiter».
Figure 2 :Vue d'artiste d'une exoplanète 'Jupiter ultra-chaude', WASP-33b. Crédit :Centre d'Astrobiologie
"La science des planètes extrasolaires est relativement nouvelle, et un objectif clé de l'astronomie moderne est d'explorer en détail les atmosphères de ces planètes et éventuellement de rechercher des exoplanètes « semblables à la Terre », des planètes similaires à la nôtre. Chaque nouvelle espèce atmosphérique découverte améliore encore notre compréhension des exoplanètes et des techniques nécessaires pour étudier leurs atmosphères, et nous rapproche de cet objectif », déclare le Dr Neale Gibson, professeur assistant au Trinity College Dublin et co-auteur de cet ouvrage. En profitant des capacités uniques de l'IRD, les astronomes ont pu détecter le minuscule signal de l'hydroxyle dans l'atmosphère de la planète. "L'IRD est le meilleur instrument pour étudier l'atmosphère d'une exoplanète dans l'infrarouge, " ajoute le Pr Motohide Tamura, l'un des principaux investigateurs de l'IRD, Directeur du Centre d'Astrobiologie, et co-auteur de cet ouvrage.
"Ces techniques de caractérisation atmosphérique des exoplanètes ne sont encore applicables qu'aux planètes très chaudes, mais nous aimerions développer davantage des instruments et des techniques qui nous permettent d'appliquer ces méthodes à des planètes plus froides, et ultimement, à une seconde Terre, " dit le Dr Hajime Kawahara, professeur assistant à l'Université de Tokyo et co-auteur de cet ouvrage.
Le professeur Chris Watson (QUB) de l'Université Queen's de Belfast, un co-auteur de cette étude, continue, "Alors que WASP-33b est peut-être une planète géante, ces observations sont le banc d'essai pour les installations de nouvelle génération comme le télescope de trente mètres et le télescope européen extrêmement large dans la recherche de biosignatures sur des mondes plus petits et potentiellement rocheux, qui pourrait fournir des indices sur l'une des plus anciennes questions de l'humanité, "Sommes-nous seuls?'"
Ces résultats ont été publiés dans le Lettres de revues astrophysiques le 23 mars 2021.
