JWST révèle des aérosols et des hydrocarbures dans l’atmosphère d’une planète orbitant autour d’une étoile morte
Image à la une : Impression d’artiste d’une planète de la taille de Jupiter transitant une naine blanche ; crédit : NASA/ESA/Joseph Olmsted (STScI)
Pour la première fois, des astronomes ont détecté une atmosphère sur une planète transitant une étoile morte. En utilisant le télescope spatial James Webb, une équipe internationale dirigée par l’Université de St Andrews a identifié de petites particules nuageuses (aérosols) et des hydrocarbures, très probablement du méthane, dans l’atmosphère de WD 1856 b, un monde de la taille de Jupiter orbitant autour d’une naine blanche à 80 années-lumière de la Terre. Les résultats ont été publiés le 1er juillet dans Nature.
Cette découverte est une étape importante pour la science des exoplanètes. Les naines blanches sont les braises d’étoiles semblables au Soleil qui ont épuisé leur combustible nucléaire et perdu leurs couches externes, s’effondrant en vestiges stellaires de la taille de la Terre. Jusqu’à présent, personne n’avait réussi à caractériser l’atmosphère d’une planète prise dans un tel système.
WD 1856 b effectue une orbite toutes les 34 heures à une distance de seulement 0,02 unité astronomique, plus de 50 fois plus proche que la Terre ne l’est du Soleil. Malgré l’orbite serrée, la planète n’est pas chauffée uniquement par son étoile hôte : JWST a mesuré une température diurne d’environ 400 Kelvin (127 degrés Celsius), significativement plus chaude que ce que prédirait un simple chauffage stellaire. L’excès de chaleur est un vestige du réchauffement par effet de marée qui s’est produit lorsque des perturbations gravitationnelles d’étoiles compagnes dans ce système triple ont projeté la planète sur son orbite actuelle, des milliards d’années après la formation de la naine blanche.
« La grande question est de savoir comment WD 1856 b a fini là où elle est aujourd’hui », a déclaré Christopher O’Connor de l’Université Northwestern, coauteur de l’étude.
La réponse semble être la migration à haute excentricité. La planète orbitait à l’origine loin de son étoile mère et a survécu à la phase de géante rouge qui aurait englouti tous les mondes du système interne. Environ 3 à 5 milliards d’années après que l’étoile soit devenue une naine blanche, des poussées gravitationnelles de compagnons stellaires ont précipité la planète vers son orbite actuelle rapprochée, où les forces de marée ont circularisé la trajectoire et réchauffé l’atmosphère. Le moment de ce réchauffement exclut à la fois l’engloutissement pendant la phase de géante rouge et le refroidissement passif sur 10 milliards d’années.
Le spectre de transmission, obtenu lors de brefs transits de 8 minutes à l’aide de l’instrument NIRSpec PRISM de JWST, révèle une enveloppe hydrogène/hélium enrichie en carbone avec environ 7 pour cent de méthane en volume et un rapport carbone/hydrogène 100 fois supérieur à celui du Soleil. Une couche nuageuse optiquement épaisse de particules de chlorure de potassium se trouve à une altitude d’environ 100 millibars. La détection d’hydrocarbures à un niveau de confiance combiné de 3,6 à 4,5 sigma marque la première fois que de tels composés sont identifiés dans l’atmosphère d’une planète orbitant une naine blanche.
« C’est comme utiliser une machine à remonter le temps pour observer le futur lointain de notre Système solaire », a déclaré l’auteur principal Ryan MacDonald de l’Université de St Andrews.
Dans environ 5 milliards d’années, le Soleil deviendra une géante rouge, engloutissant Mercure, Vénus et peut-être la Terre. Jupiter et Saturne pourraient survivre, migrant vers l’intérieur par un mécanisme similaire et finissant comme des objets semblables à WD 1856 b, des Jupiters chauds orbitant autour d’une braise de naine blanche. L’enrichissement en carbone de l’atmosphère de cette planète suggère également qu’elle a accrété du matériel riche en composés volatils, incluant de la glace et des matières organiques, pendant ou après sa migration.
La recherche a été menée dans le cadre du programme JWST GO-2358 (IP : MacDonald) utilisant des données d’avril 2023. Deux pipelines de réduction indépendants, FIREFLy et Juniper, ont produit des résultats cohérents. Quatre transits supplémentaires ont déjà été observés avec JWST pour une caractérisation plus approfondie de la chimie atmosphérique de la planète.
Traduit par Lydie