Analyse de la première atmosphère d’une Super-Terre

L’atmosphère d’une exoplanète de type super-Terre a été analysée pour la première fois par une équipe internationale d’astronomes utilisant le Very Large Telescope (VLT) de l’ESO. La planète, connue sous le nom de GJ 1214B, a été étudiée lors de son passage devant son « étoile-mère » au moment où la lumière de cette dernière traverse l’atmosphère de la planète. Nous savons maintenant que l’atmosphère est principalement composée de vapeur d’eau, ou bien dominée par d’épais nuages ou de la brume. Les résultats seront publiés dans le numéro du 2 décembre 2010 de la revue Nature.

Vue d'artiste de la planète GJ 1214b orbitant autour de son étoile GJ 1214 - Crédit: ESO/L. Calçada

La planète GJ 1214B a été découverte en 2009 en utilisant l’instrument HARPS sur le télescope de 3,6 mètres de l’ESO au Chili (eso0950) [1]. Les premiers résultats suggèraient que cette planète avait une atmosphère, ce qui a maintenant été confirmé et étudié en détail par une équipe internationale d’astronomes dirigée par Jacob Bean (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics), en utilisant l’instrument FORS sur le Very Large Telescope de l’ESO.

« C’est la première super-Terre dont on a analysé l’atmosphère. Nous avons atteint une étape cruciale sur la voie de la caractérisation de ces mondes, » déclare Jacob Bean.

GJ 1214B a un rayon d’environ 2,6 fois celui de la Terre et est environ 6,5 fois plus massive, ce qui la situe très clairement dans la classe des exoplanètes connues comme les super-Terres. Son étoile hôte se trouve à environ 40 années-lumière de la Terre dans la constellation d’Ophiuchus (le Serpentaire). Il s’agit d’une étoile assez faible [2] et petite, ce qui signifie que la taille de la planète est grande par rapport au disque stellaire. De ce fait, cette planète est relativement facile à étudier [3]. Située à seulement deux millions de kilomètres de son étoile – environ soixante-dix fois plus proche que la Terre l’est du Soleil – elle effectue son orbite en 38 heures.

Pour étudier son atmosphère, l’équipe a observé la lumière provenant de l’étoile alors que la planète lui passait devant [4]. Au cours de ces transits, une partie de la lumière de l’étoile passe au travers de l’atmosphère de la planète et, en fonction de la composition chimique et des conditions météorologiques sur la planète, certaines longueurs d’ondes spécifiques de la lumière sont absorbées. L’équipe a ensuite comparé ces nouvelles mesures précises à ce qu’ils s’attendraient à voir pour différentes compositions atmosphériques possibles.

Avant ces nouvelles observations, les astronomes avaient suggéré trois hypothèses possibles pour la composition de l’atmosphère de GJ 1214B. La première, très fascinante, suggérait que la planète était entourée d’eau qui, compte tenu de sa proximité à l’étoile, serait sous forme de vapeur. La seconde possibilité était qu’il s’agissait d’un monde rocheux avec une atmosphère composée principalement d’hydrogène, mais avec des nuages d’altitude ou des brouillards absorbants. La troisième option était que cette exoplanète était comme une mini-Neptune, avec un petit noyau rocheux et une épaisse atmosphère riche en hydrogène.

Les nouvelles mesures ne montrent pas les signes révélateurs de la présence d’hydrogène et excluent donc la troisième option. Par conséquent, l’atmosphère est soit riche en vapeur d’eau, soit recouverte par des nuages ou des brouillards, similaires à ceux observés dans les atmosphères de Vénus et Titan dans notre système solaire, qui cachent la signature de l’hydrogène. .

« Bien que nous ne puissions pas encore dire exactement de quoi cette atmosphère est constituée, pouvoir réduire le champ des possibilités et déduire qu’un tel monde lointain est soit humide, soit brumeux, est déjà un formidable pas en avant» dit Jacob Bean. «Des suivis d’observations aux plus grandes longueurs d’ondes de la lumière infrarouge sont maintenant nécessaires pour déterminer laquelle de ces atmosphères existe sur GJ 1214B. »

Ci-dessous, voici un zoom spectaculaire vers une région de notre galaxie la Voie-Lactée, sur l’étoile GJ 1214:

http://www.eso.org/public/videos/eso1047b/

Notes

[1] Le nombre d’exoplanètes confirmées atteignait 500 au 19 novembre 2010. Depuis, de nouvelles exoplanètes ont été confirmées. Pour le dernier décompte, veuillez vous rendre sur : http://exoplanet.eu/catalog.php

[2] Si l’étoile GJ 1214 était observée depuis la terre à la même distance que notre Soleil, elle semblerait 300 fois plus faible.

[3] Parce que l’étoile GJ 1214 elle-même est assez faible – plus de 100 fois plus faible en lumière visible que les deux étoiles hôtes des deux exoplanètes les plus étudiées de type Jupiter chaud – la grande surface collectrice du Very Large Telescope a été critique pour l’acquisition d’un signal suffisant pour ces mesures.

[4] La composition de l’atmosphère de GJ 1214B a été étudiée en utilisant l’instrument FORS sur le Very Large Telescope (VLT), qui peut effectuer une spectroscopie très sensible de plusieurs objets dans la partie proche infrarouge du spectre. FORS a été l’un des premiers instruments installés sur le VLT.

Plus d’informations

Cette recherche est présentée dans un article du journal Nature du 2 décembre 2010.

L’équipe est composée de Jacob Bean (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, USA), Eliza Miller-Ricci Kempton (University of California, Santa Cruz, USA) et Derek Homeier (Institut d’astrophysique, Göttingen, Allemagne).

L’ESO – l’Observatoire Européen Austral – est la première organisation intergouvernementale pour l’astronomie en Europe et l’observatoire astronomique le plus productif au monde. L’ESO est soutenu par 14 pays : l’Allemagne, l’Autriche, la Belgique, le Danemark, l’Espagne, la Finlande, la France, l’Italie, les Pays-Bas, le Portugal, la République Tchèque, le Royaume-Uni, la Suède et la Suisse. L’ESO conduit d’ambitieux programmes pour la conception, la construction et la gestion de puissants équipements pour l’astronomie au sol qui permettent aux astronomes de faire d’importantes découvertes scientifiques. L’ESO joue également un rôle de leader dans la promotion et l’organisation de la coopération dans le domaine de la recherche en astronomie. L’ESO gère trois sites d’observation uniques, de classe internationale, au Chili : La Silla, Paranal et Chajnantor. À Paranal, l’ESO exploite le VLT « Very Large Telescope », l’observatoire astronomique observant dans le visible le plus avancé au monde et VISTA, le plus grand télescope pour les grands relevés. L’ESO est le partenaire européen d’ALMA, un télescope astronomique révolutionnaire. ALMA est le plus grand projet astronomique en cours de réalisation. L’ESO est actuellement en train de programmer la réalisation d’un télescope européen géant – l’E-ELT- qui disposera d’un miroir primaire de 42 mètres de diamètre et observera dans le visible et le proche infrarouge. L’E-ELT sera « l’œil tourné vers le ciel » le plus grand au monde.