Les observations de Hubble utilisées pour répondre à des questions clés sur les exoplanètes

Dirigé par University College London et reposant sur l’expertise d’une équipe internationale de chercheurs, ce travail inédit, publié dans le journal The Astrophysical Journal Supplement Series, a combiné la plus importante quantité de données atmosphériques à ce jour. Dans ces travaux, les chercheurs ont analysé en détail les atmosphères de 25 exoplanètes afin de comprendre leurs processus chimiques et leurs formations. La majorité des données provient d'observations faites par les télescopes spatiaux Hubble et Spitzer de la NASA/ESA. L'auteur principal, Quentin Changeat, explique que Hubble a permis la caractérisation approfondie de 25 exoplanètes et la quantité d'informations que nous avons apprises sur leur chimie et leur formation - grâce à une décennie de campagnes d'observation intenses - est incroyable.

Les scientifiques ont regroupé un jeu de données capturées au cours de ces 10 dernières années et cumulant plus de 600 heures d’observations par Hubble. Leurs données contenaient des éclipses pour les 25 exoplanètes de type « Jupiter chaud »1 et des transits2 pour 17 d'entre elles. En concentrant leurs analyses sur un large éventail d’exoplanètes, plutôt que sur chaque planète de manière individuelle, l’équipe a tenté de comprendre, de manière globale, les processus chimiques régissant les atmosphères de ces planètes et la manière dont elles se forment. Le co-directeur de l'étude, Billy Edwards3 déclare que l’article marque un tournant dans la recherche sur l'atmosphère des exoplanètes en passant désormais de la caractérisation individuelle d’atmosphères d’exoplanètes à une vision plus globale : la caractérisation des populations atmosphériques.

Olivia Venot (co-auteure) explique entre autres que certaines planètes (nommées « Jupiter extra-chauds » >2000°C) atteignent parfois des températures plus hautes que la plupart des étoiles et leurs profils de température augmentent avec l’altitude, un phénomène appelé inversion thermique. L'équipe a notamment constaté que la présence d'oxydes et d'hydrures métalliques dans les atmosphères de ces exoplanètes est clairement corrélée avec ces inversions thermiques. Le processus est similaire à l’inversion thermique créé par la couche d’Ozone sur Terre. Les atmosphères des planètes aux températures plus modestes (1000-2000°C), au contraire, ne présentent pas ces inversions thermiques. En somme, trois classes d’exoplanètes ainsi que leur processus physico-chimiques ont pu être identifiées. Cinq conclusions sont avancées par l’étude, apportant pour la première fois des tentatives de réponses à des questions qui n’étaient jusqu’à maintenant pas résolues. Par ailleurs, une meilleure compréhension des populations d'exoplanètes peut nous aider à percer des mystères de notre propre Système solaire telles que l’origine de l’eau sur Terre.

• 1Les Jupiters chauds sont des exoplanètes avec des orbites à courte période (orbitant autour de leur étoile mère en dix jours ou moins), et de grandes atmosphères gazeuses gonflées. Elles sont d'un intérêt particulier car i) elles sont relativement faciles à détecter et ii) il n'y a pas de Jupiter chaud dans notre Système solaire, nous devons donc nous tourner vers les exoplanètes pour les étudier.
• 2Une éclipse se produit lorsqu'une exoplanète passe derrière son étoile, vue de la Terre, et un transit se produit lorsqu'une planète passe devant son étoile. Les données relatives aux éclipses et aux transits peuvent toutes deux fournir des informations cruciales sur l'atmosphère d'une exoplanète.
• 3Billy Edwards, co-auteur, UCL et Commissariat de l’Energie Atomique et des Energies Renouvelables