Les astrophysiciens étudiant une exoplanète populaire dans la zone habitable de son étoile ont découvert que les courants électriques dans la haute atmosphère de la planète pourraient créer un réchauffement suffisant pour dilater l'atmosphère suffisamment pour qu'elle quitte la planète, la laissant probablement inhabitable.

Jusqu'à présent, les planétologues pensaient qu'une planète habitable avait besoin d'un champ magnétique puissant qui l'entourait pour agir comme un bouclier, dirigeant les particules ionisées, les rayons X et le rayonnement ultraviolet du vent stellaire autour et loin de son atmosphère.

C'est ce qui se passe sur Terre, empêchant les radiations dangereuses d'atteindre la vie à la surface, et ce qui ne se produit pas sur Mars, qui est désormais dépourvue de champ magnétique global, ce qui signifie que les premiers habitants de la planète rouge devront probablement vivre dans des grottes et des cavités souterraines. pour la protection contre le vent solaire.

La nouvelle recherche, réalisée par Ofer Cohen du Lowell Center for Space Science and Technology de l'Université du Massachusetts Lowell et ses collègues, publiée dans The Astrophysical Journal , a examiné si les courants électriques générés dans l'ionosphère de l'exoplanète Trappist-1e entraîneraient suffisamment de réchauffement et d'expansion de l'atmosphère pour qu'elle puisse se dissiper loin de la gravité de la planète et être perdue dans l'espace.

TRAPPIST-1e est une étoile naine M située dans la constellation du Verseau, à environ 41 années-lumière de la Terre. Son système planétaire, qui compte sept exoplanètes observées, est le système le plus étudié en dehors de notre propre système solaire.

Trois de ces planètes se trouvent dans la zone habitable de l’étoile, avec des températures de surface où de l’eau liquide pourrait exister. Étant donné que les naines M, qui représentent environ 70 % des étoiles de l'univers, sont plus froides que notre soleil, ces zones sont beaucoup plus proches de ces étoiles.

Trappist-1e, une exoplanète découverte en 2017, orbite à seulement 0,028 UA de son étoile (où 1 UA est la distance moyenne entre le soleil et la Terre; Mercure orbite à environ 0,4 UA). Rocheuse et semblable à la Terre, sa densité moyenne n'est que de 2 % supérieure à celle de la Terre et sa gravité en surface de 82 %. De plus, sa température d'équilibre est de 246 Kelvin, soit seulement 9 K en dessous de celle de la Terre.

Ces propriétés font de Trappist-1e l’une des exoplanètes les plus intéressantes découvertes à ce jour. Mais y a-t-il une atmosphère ? Parce qu'elle est située beaucoup plus près de son étoile, la destruction atmosphérique par les vents stellaires devrait être beaucoup plus forte que, disons, celle de Mercure, qui n'a pas d'atmosphère.

Des travaux antérieurs ont montré que les vents stellaires de Trappist-1 pourraient potentiellement priver ses exoplanètes d'une atmosphère riche en hydrogène par photoévaporation, mais la complexité de la modélisation signifie que ces planètes pourraient avoir une multitude d'environnements atmosphériques.

Mais un autre mécanisme de décapage potentiel se produit lorsque des vents stellaires chargés externes impactent la haute atmosphère ionisée. Dans des travaux antérieurs, Cohen et d'autres ont découvert que lorsque la conductance et l'impédance de chacune sont similaires en ampleur, les trois exoplanètes trappistes e, f et g pourraient subir un chauffage résistif en courant continu (DC) allant jusqu'à 1 watt par mètre carré, 1 % de l'irradiation solaire entrante et 5 à 15 fois l'énergie stellaire provenant du rayonnement ultraviolet extrême. Un tel « chauffage Joule » pourrait potentiellement priver l’atmosphère de n’importe laquelle de ces planètes. (Sur Terre, le chauffage Joule est d'environ 0,01 W/m ² .)

Cohen et ses collègues ont modélisé un deuxième phénomène qui pourrait également avoir un impact sur les atmosphères planétaires de Trappist-1 :le réchauffement dû au mouvement de la planète lui-même. Des courants électriques alternatifs (CA) seront générés dans la haute atmosphère de la planète lorsqu'elle rencontrera un champ magnétique stellaire changeant lorsque la planète orbite autour de son étoile (loi d'induction de Faraday).

Les planètes proches orbitent très rapidement (la période orbitale de Trappist-1e n'est que de 6,1 jours terrestres) et le changement rapide du champ magnétique de fond conduit à la génération de forts courants ionosphériques qui se dissipent et créent un échauffement potentiellement très élevé, qu'ils appellent tension. Chauffage Joule piloté.

Comme les astronomes ne disposent pas de mesures du vent stellaire et du champ magnétique de Trappist-1, le groupe a utilisé des modèles validés basés sur la physique pour calculer sa production d'énergie, son vent solaire et l'évolution du champ magnétique à la distance de Trappist-1e. En utilisant des estimations raisonnables de la largeur de l'ionosphère de Trappist 1e, de sa conductance et de l'ampleur du champ magnétique changeant, leurs résultats montrent que le flux d'énergie de chauffage Joule dans la haute atmosphère de la planète varierait de 0,01 à 100 W/m ² , une quantité importante de chauffage qui peut être supérieure à celle due aux ultraviolets extrêmes et à 1 à 10 % du flux d'énergie stellaire de la planète.

Ils concluent que des valeurs aussi intenses pourraient provoquer une forte fuite atmosphérique et « pourraient conduire à une perte rapide de l’atmosphère ». Cela signifie que les astrobiologistes et autres devraient prendre en compte le chauffage Joule lorsqu'ils envisagent l'habitabilité d'une exoplanète.

"Il est probable que les deux mécanismes fonctionnent ensemble dans des exoplanètes proches", a déclaré Cohen. "Par conséquent, nos travaux (et nos connaissances du système solaire) peuvent suggérer que les exoplanètes situées très près de l'étoile sont probablement des planètes nues, sans atmosphère."

Cohen note que leur travail comporte un élément politique, car de nombreuses équipes étudient les atmosphères des planètes Trappist-1. Le télescope spatial James Webb (JWST) a déjà commencé à observer les atmosphères planétaires de ce système (sans n'en trouver aucune), et il est prévu d'en faire davantage. "Cela peut être un peu un gaspillage de ressources s'il n'y a pas d'atmosphère pour étudier", a déclaré Cohen.

Plus d'informations : Ofer Cohen et al, Chauffage des atmosphères des exoplanètes à orbite courte par leur mouvement orbital rapide dans un environnement spatial extrême, The Astrophysical Journal (2024). DOI :10.3847/1538-4357/ad206a

Informations sur le journal : Journal d'astrophysique

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