Les atmosphères des planètes gazeuses en orbite autour du Soleil suivent un schéma clair. Plus la planète est grande, moins la proportion d’éléments « lourds » est élevée. Mais une équipe internationale d’astronomes a découvert que dans notre galaxie, les atmosphères des géants gazeux sont variables et ne suivent pas le schéma du Système Solaire.
Les métaux lourds et le rapport carbone-oxygène
En utilisant le James Webb Space Telescope de la NASA, les chercheurs ont découvert que l’atmosphère de l’exoplanète HD149026b. Une Jupiter chaud en orbite autour d’une étoile similaire au Soleil, est abondante en éléments plus lourds que le carbone. Le pourcentage est beaucoup plus élevé que ce que les scientifiques s’attendraient pour une planète de sa masse.
De plus, le rapport carbone-oxygène de HD149026b est très élevé par rapport aux planètes du système solaire. Ces résultats, publiés dans Nature le 27 mars(rèf.), sont une étape importante vers l’obtention d’un échantillon statistique pour évaluer les exoplanètes que nous découvrons et fournissent des informations sur la formation des planètes. « Il semble que chaque planète géante soit différente et nous commençons à voir ces différences grâce à James Webb », a déclaré Jonathan Lunine, coauteur de l’étude. « Dans ce document, nous avons déterminé combien de molécules il y a par rapport au composant principal, l’hydrogène, l’élément le plus courant dans l’univers. Cela nous en dit beaucoup sur la façon dont cette planète s’est formée ».
Le géants gazeux de notre système solaire montrent une corrélation presque parfaite entre la composition globale et la composition atmosphérique et la masse, a déclaré Jacob Bean, auteur principal de l’article. Au contraire, les géants gazeux extrasolaires montrent une diversité beaucoup plus grande et les scientifiques ne savaient pas à quel point leurs atmosphères étaient variables, jusqu’à cette analyse de HD149026b.
Les compositions atmosphériques
« Nous avons montré que les compositions atmosphériques des géantes gazeuses extrasolaires ne suivent pas la même tendance qui est si claire dans les planètes du système solaire », a déclaré Bean. « Les géantes gazeuses extrasolaires présentent une grande diversité de compositions atmosphériques en plus de leur grande diversité de compositions globales ». HD149026b, par exemple, est très riche en métaux lourds par rapport à sa masse. « Il a la masse de Saturne, mais son atmosphère semble avoir jusqu’à 27 fois la quantité d’éléments lourds que l’on trouve sur Saturne ».
Ce rapport, appelé « métallicité », est utile pour comparer une planète à son étoile natale ou à d’autres planètes de son système, explique Lunine. Une autre mesure clé est le rapport entre le carbone et l’oxygène dans l’atmosphère d’une planète, qui révèle la « recette » des solides originaux dans un système planétaire.
Pour HD149026b, il est d’environ 0,84, plus élevé que dans notre système solaire. Dans notre Soleil, il y a un peu plus d’un carbone pour deux atomes d’oxygène (0,55). « Pris ensemble, ces observations dressent le portrait d’un disque de formation planétaire avec des solides abondants riches en carbone. HD149026b a acquis de grandes quantités de ce matériau lors de sa formation », a clarifié Lunine. Si une abondance de carbone semblerait favorable à la vie. Au contraire, un rapport élevé entre le carbone et l’oxygène signifie en réalité moins d’eau dans un système planétaire.
Les enquêtes futures
HD149026b est le premier cas intéressant de composition atmosphérique pour cette étude particulière. Les scientifiques ont prévu d’observer cinq autres exoplanètes géantes dans l’année à venir en utilisant le télescope James Webb. De nombreuses observations supplémentaires sont nécessaires pour découvrir tout schéma dans la formation de planètes géantes par rapport à la diversité de composition que les astronomes commencent à documenter.
« L’origine de cette diversité est un mystère fondamental dans notre compréhension de la formation des planètes », a déclaré Bean. « Nous espérons que des observations atmosphériques supplémentaires de planètes extrasolaires avec James Webb quantifieront mieux cette diversité et produiront des schémas de réalités plus complexes qui pourraient exister dans l’univers ».
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