Dans cette illustration, l'exoplanète CoRoT-7b, qui fait probablement cinq fois la masse de la Terre, pourrait bien être pleine de paysages de lave et d'océans en ébullition. Crédit :Observatoire européen austral / L. Calçada
L'ère de l'exploration du nouveau télescope spatial James Webb (JWST) devient chaude, volcaniquement chaude.
Un groupe multidisciplinaire de chercheurs de Cornell a modélisé et synthétisé la lave en laboratoire comme les types de roches qui peuvent se former sur des exoplanètes lointaines. Ils ont développé 16 types de compositions de surface comme catalogue de démarrage pour trouver des mondes volcaniques qui présentent des paysages de feu et des océans de magma.
Leur recherche, "Volcanic Exoplanet Surfaces", a été publiée dans la prochaine édition de novembre 2022 des Monthly Notices of the Royal Astronomical Society .
"Nous avons synthétisé des compositions représentatives d'éventuelles surfaces d'exoplanètes qui combinent des données de métallicité stellaire, une modélisation thermodynamique et des expériences de laboratoire", a déclaré l'auteur principal Esteban Gazel, professeur Charles N. Mellowes en ingénierie au Département des sciences de la Terre et de l'atmosphère (EAS ), à la faculté d'ingénierie. Il est également membre du Carl Sagan Institute (CSI) interdisciplinaire de Cornell.
"Les nouvelles observations des mondes de lave par JWST dévoilent les secrets du type d'endroits qui se trouvent sur notre rivage cosmique", a déclaré la co-auteure Lisa Kaltenegger, directrice du CSI et professeure agrégée d'astronomie au Collège des arts et des sciences. "Notre catalogue de surfaces d'exoplanètes volcaniques fournit un outil pour décrypter ce qui compose ces mondes."
Marc-Antoine Fortin, ancien associé des groupes de recherche de Gazel et de Kaltenegger, a créé et mesuré d'éventuelles surfaces physiques d'exoplanètes, guidé par des modèles antérieurs de ce qui constitue les planètes autour d'étoiles hôtes connues.
"En tant que scientifiques de la Terre et des planètes, nous recherchons des indices sur l'évolution planétaire précoce", a déclaré Fortin. "Ici sur Terre, nous avons des reliques naturelles - de très vieilles roches - qui nous donnent une idée de notre propre planète il y a des milliards d'années.
"Ces mondes de lave sont comme une machine à remonter le temps, car la Terre était autrefois de la lave aussi", a déclaré Fortin. "Mais avec les exoplanètes, du moins pour les planètes remplies de magma, nous pouvons voir des planètes à différents stades de leur évolution."
Les mondes de lave fournissent des indices solides sur la configuration des exoplanètes, a déclaré Fortin. "Nous examinons des exoplanètes dans d'autres voisinages cosmiques", a-t-il déclaré, "en apprenant tout ce que nous pouvons sur ces planètes lointaines que, du moins de notre vivant, nous ne pourrons pas visiter."
Avec le lancement réussi du télescope Webb et les premières récupérations fructueuses de données et d'images, la science a l'opportunité d'explorer les exoplanètes plus en détail que jamais auparavant, a déclaré Gazel. "Notre premier catalogue devient un outil important pour comprendre la composition chimique des exoplanètes volcaniques qui ne sont pas mieux décrites par les analogues du système solaire", a-t-il déclaré.
Megan Holycross, professeure adjointe à l'EAS, collabore avec Fortin, Gazel et Kaltenegger sur la recherche.
Pour assembler le catalogue, Fortin et Gazel ont sélectionné la composition d'éventuels manteaux de planètes rocheuses représentatifs de planètes pouvant se former autour d'étoiles différentes. Ensuite, en utilisant la modélisation thermodynamique, ils ont calculé les compositions de surface à différents points de fusion.
En collaboration avec Holycross, le groupe a créé de la lave synthétique dans des fours de laboratoire correspondant à ces compositions, puis les a refroidies pour reproduire d'éventuelles surfaces d'exoplanètes.
Par la suite, Fortin a mesuré le spectre de réflexion infrarouge possible à l'aide du nouvel équipement de spectroscopie du laboratoire de Gazel. Il a lié leur composition chimique à une caractéristique spectrale forte, connue sous le nom de caractéristique de Christiansen, un pic trouvé à près de 8 micromètres, qui est en corrélation avec la teneur en silice et d'autres composants chimiques majeurs.
Selon Fortin, le tableau est encore plus vaste :"Nous essayons de comprendre non seulement les exoplanètes, mais toutes les planètes rocheuses, y compris la nôtre." Le "décodeur" climatique d'une exoplanète facilite la recherche de la vie
