Une planète brûlante située à près de 320 années-lumière de la Terre a fourni la première preuve directe d’une hypothèse fondamentale sur la formation des planètes. Les astronomes ont découvert que WASP-189b partage une caractéristique chimique importante avec son étoile hôte, confortant ainsi une idée de longue date qui aide également les scientifiques à étudier des mondes potentiellement habitables. La percée est venue de la première mesure simultanée du magnésium et du silicium gazeux dans l’atmosphère d’une exoplanète, à l’aide du télescope Gemini South, qui fait partie de l’Observatoire international Gemini, partiellement financé par la National Science Foundation des États-Unis et exploité par NSF NOIRLab.
Située à près de 320 années-lumière dans la constellation de la Balance, WASP-189b appartient à une catégorie extrême de planètes appelées Jupiters ultra-chaudes (UHJ). Ces mondes immenses atteignent des températures si intenses que même les matériaux normalement présents dans la roche solide peuvent se transformer en gaz. Des éléments tels que le magnésium (Mg), le silicium (Si) et le fer (Fe) peuvent ainsi être détectés dans leurs atmosphères. Les astronomes identifient ces substances grâce à la spectroscopie, une méthode qui sépare la lumière en différentes longueurs d’onde pour révéler les produits chimiques présents.
Une équipe de recherche internationale dirigée par Jorge Antonio Sanchez, étudiant diplômé de l’Arizona State University (ASU), a étudié WASP-189b avec le spectrographe infrarouge à réseau d’immersion à haute résolution (IGRINS). A l’époque, l’instrument était installé sur le télescope Gemini Sud au Chili.[1]
Pour la première fois, des chercheurs ont pu mesurer ensemble le magnésium et le silicium dans l’atmosphère d’une planète située au-delà de notre système solaire. Leurs observations ont révélé que la proportion de magnésium par rapport au silicium sur WASP-189b correspond étroitement au rapport trouvé dans son étoile mère. Ce résultat fournit le premier support observationnel direct d’une hypothèse largement utilisée sur la relation chimique entre les étoiles et leurs planètes, offrant ainsi une nouvelle façon précieuse d’étudier les origines et l’évolution des planètes.
“Ces découvertes montrent la capacité de Gemini à nous aider à comprendre les caractéristiques du remarquable zoo d’exoplanètes de notre voisinage solaire”, déclare Chris Davis, directeur du programme NSF pour NOIRLab. “De telles découvertes ne sont possibles que grâce aux instruments de pointe de Gemini.”
Une connexion longtemps soupçonnée entre les étoiles et les planètes
Les astronomes pensent que des planètes géantes telles que WASP-189b se sont formées au sein d’énormes disques de gaz et de poussière entourant les jeunes étoiles. Ces structures, appelées disques protoplanétaires, fournissent les matières premières à partir desquelles les planètes se développent. On pense que la composition chimique de l’atmosphère extérieure d’une planète géante conserve des indices sur l’environnement dans lequel elle s’est formée à l’origine.
Étant donné que les étoiles et les disques qui les entourent proviennent du même nuage de matière, les scientifiques ont longtemps supposé qu’elles contenaient des proportions similaires d’éléments rocheux. En particulier, les rapports de ces éléments dans un disque devraient ressembler à ceux mesurés dans son étoile centrale.
Cette relation est devenue un outil important pour prédire la composition des exoplanètes rocheuses. Jusqu’à présent, cependant, cette hypothèse était principalement étayée par des preuves provenant de notre propre système solaire. Les astronomes n’avaient pas mesuré directement la même relation sur une planète en orbite autour d’une autre étoile.
La découverte impliquant WASP-189b fournit les preuves d’observation manquantes, renforçant ainsi la base scientifique de l’utilisation de la chimie stellaire pour comprendre les matériaux à partir desquels se forment les planètes lointaines.
“WASP-189b nous donne un point d’ancrage observationnel indispensable dans notre compréhension de la formation des planètes terrestres, car il offre une quantité mesurable qui valide la ressemblance présumée de la composition stellaire et la proportion de matière rocheuse autour des étoiles hôtes utilisée pour former les planètes”, explique Sanchez.
Ce que la chimie planétaire pourrait révéler sur l’habitabilité
Les implications vont au-delà de la compréhension de la manière dont les planètes sont assemblées. Cette relation chimique est également importante en astrobiologie, qui étudie la possibilité d’une vie au-delà de la Terre et les conditions environnementales qui pourraient la soutenir, y compris les environnements habitables au sein de notre système solaire.
En étudiant les éléments présents dans une étoile, les astronomes pourraient être en mesure d’estimer les quantités relatives de matériaux rocheux disponibles pour ses planètes. Ces matériaux influencent la structure interne d’une planète, l’activité géologique et l’environnement chimique, qui peuvent tous affecter le développement de conditions propices à la vie.
La Terre fournit un exemple familier. Les éléments qui composent notre planète contribuent à déterminer des processus tels que la tectonique des plaques, la génération de son champ magnétique protecteur et le mouvement de produits chimiques essentiels dans l’atmosphère, les océans et le sol. Ensemble, ces processus contribuent à l’environnement qui permet à la vie de prospérer.
Alors que les chercheurs s’efforcent d’étudier plus en détail les exoplanètes rocheuses plus petites, il devient de plus en plus important d’établir un lien fiable entre la chimie stellaire et la composition planétaire. Les résultats du WASP-189b constituent un pas important dans cette direction.
De puissants télescopes ouvrent une nouvelle fenêtre sur des atmosphères extraterrestres
L’obtention de ces mesures nécessite des instruments capables de distinguer des détails extrêmement fins dans la lumière collectée dans des atmosphères planétaires lointaines. Selon les chercheurs, la résolution spectrale nécessaire à ce type d’analyse n’est actuellement disponible que grâce aux télescopes au sol.
“Notre étude démontre la capacité des spectrographes au sol à haute résolution à contraindre des espèces critiques comme le magnésium et le silicium, qui sont deux éléments constitutifs à partir desquels se forment les planètes rocheuses”, explique Michael Line, co-auteur de l’étude et professeur agrégé à l’ASU. “Cette capacité avancée ouvre une toute nouvelle dimension dans notre étude des atmosphères des exoplanètes.”
L’équipe s’attend à ce que les futures observations utilisant plusieurs longueurs d’onde et des instruments tout aussi précis révèlent un plus large éventail d’éléments dans l’atmosphère des exoplanètes. Construire une image plus complète de leurs compositions chimiques pourrait révéler des indices supplémentaires sur la façon dont les planètes se forment, comment elles évoluent au fil du temps et quelles conditions pourraient favoriser l’habitabilité.
En reliant la chimie d’une planète lointaine à celle de son étoile, les astronomes disposent désormais de nouvelles preuves étayant un principe qui pourrait aider à guider la recherche de mondes potentiellement habitables à travers la galaxie.
Remarques
- IGRINS a fonctionné comme instrument de visite à Gemini South entre 2022 et 2023 avant de retourner dans son institution d’origine. Ses performances réussies ont conduit au développement d’une version mise à jour, IGRINS-2, qui a ensuite été mise en service comme instrument d’installation permanent pour le télescope Gemini North à Hawai’i.
