De nombreuses exoplanètes ont des atmosphères opaques, obscurcis par des nuages ​​ou des brumes qui rendent difficile pour les astronomes de caractériser leurs compositions chimiques. Une nouvelle étude montre que les particules de brume produites dans différentes conditions ont un large éventail de propriétés qui peuvent déterminer à quel point l'atmosphère d'une planète est susceptible d'être claire ou brumeuse.

Les réactions photochimiques dans l'atmosphère des exoplanètes tempérées conduisent à la formation de petites particules de brume organique. De grandes quantités de ces brumes photochimiques se forment chaque jour dans l'atmosphère terrestre, pourtant, notre planète a un ciel relativement dégagé. La raison tient à la facilité avec laquelle les particules de brume sont éliminées de l'atmosphère par les processus de dépôt.

"Ce n'est pas seulement la production de brume mais aussi l'élimination de la brume qui détermine la clarté de l'atmosphère, " dit Xinting Yu, chercheur postdoctoral à l'UC Santa Cruz et auteur principal de l'étude, publié le 12 juillet dans Astronomie de la nature .

Yu et ses collègues ont mesuré les propriétés des particules de brume produites en laboratoire dans des conditions représentatives des atmosphères d'exoplanètes, comprenant une gamme de compositions de gaz, températures, et sources d'énergie. Co-auteur Xi Zhang, professeur assistant en sciences de la Terre et des planètes à l'UC Santa Cruz, ces expériences de laboratoire comme celle-ci sont essentielles pour comprendre la formation de la brume et son impact sur les observations.

"Nous ne pouvons pas rapporter des échantillons de brume d'exoplanètes, il faut donc essayer d'imiter les conditions atmosphériques en laboratoire, " il a dit.

Selon Yu, L'élimination du voile dépend d'une propriété matérielle critique des particules appelée énergie de surface. « L'énergie de surface décrit à quel point le matériau est cohésif ou « collant », " elle a dit.

Les particules de brume collantes se lient facilement les unes aux autres lorsqu'elles entrent en collision, de plus en plus grosses particules qui tombent de l'atmosphère sur la surface de la planète (un processus appelé dépôt sec). Ils constituent également de bons noyaux de condensation pour les gouttelettes de nuages ​​et sont facilement éliminés par dépôt humide. Les brumes produites sur Terre ont généralement une énergie de surface élevée et sont donc « collantes » et efficacement éliminées de l'atmosphère.

Les expériences de laboratoire de Yu montrent que les brumes produites dans les atmosphères des exoplanètes sont très diverses, avec des propriétés qui dépendent des conditions dans lesquelles ils sont produits.

"Certains d'entre eux sont similaires à la brume terrestre, ont une énergie de surface élevée, et sont faciles à enlever, menant à un ciel clair, " dit-elle. " Mais certains d'entre eux ont une énergie de surface très faible, comme une poêle antiadhésive; ils ne se lient pas très bien aux autres particules et restent longtemps sous forme de petites particules suspendues dans l'atmosphère."

L'étude a révélé qu'un facteur critique est la température à laquelle les particules de brume sont créées. Les brumes produites à environ 400 Kelvin (260°F) avaient tendance à avoir les énergies de surface les plus basses, conduisant à une élimination moins efficace et à des atmosphères plus brumeuses. Ce constat correspond en fait aux tendances observées, Yu a dit, notant que les exoplanètes à des températures de 400 à 500 K ont tendance à être les plus floues.

Les planètes plus froides situées dans les zones habitables de leurs étoiles hôtes sont plus susceptibles d'avoir des atmosphères claires, elle a dit. "Nous n'avons peut-être pas à nous soucier des exoplanètes habitables trop floues pour de futures observations, comme les brumes ont tendance à avoir des énergies de surface plus élevées à des températures plus basses, " Yu dit. " Il est donc facile d'enlever ces brumes, laissant des atmosphères relativement claires."

Les astronomes attendent avec impatience de disposer d'un outil puissant pour caractériser les atmosphères des exoplanètes avec le prochain télescope spatial James Webb (JWST). Lorsqu'une exoplanète traverse la face de son étoile, son atmosphère filtre la lumière de l'étoile, donner aux astronomes dotés d'un télescope suffisamment sensible (comme le JWST) la possibilité d'identifier les composants chimiques de l'atmosphère à l'aide de la spectroscopie de transmission.

Une atmosphère brumeuse interférerait avec la spectroscopie de transmission, mais les brumes elles-mêmes peuvent encore fournir des informations précieuses, selon Zhang.

"Les Hazes ne sont pas sans caractéristiques, " dit-il. " Avec de meilleurs télescopes, nous pourrons peut-être caractériser la composition des brumes d'exoplanètes et comprendre leur chimie. Mais les observations seront très difficiles à expliquer sans les données d'expériences en laboratoire. Cette étude a révélé l'immense diversité des particules de brume, et comprendre leurs propriétés optiques sera une priorité pour les études futures. »