Un cycle de l’eau exotique et des nuages métalliques sur WASP-121 b
La première découverte d’une exoplanète en orbite autour d’une étoile semblable au Soleil, il y a plus de 25 ans, a introduit une nouvelle classe exotique de planètes, les Jupiters chauds. Les Jupiters chauds sont des planètes gazeuses géantes semblables à Jupiter en orbite étroite autour de leur étoile mère, séparées par seulement quelques diamètres stellaires.
De nouveaux détails de WASP-121 b
En raison de leur proximité, l’irradiation de l’étoile chauffe la planète à plusieurs centaines ou milliers de degrés Celsius. Sur les quelque 5000 exoplanètes connues, plus de 300 sont des Jupiters chauds.
« Malgré la découverte de milliers d’exoplanètes, nous n’avons pu étudier les atmosphères que d’une petite fraction en raison de la nature difficile des observations », souligne Thomas Mikal-Evans. « Jusqu’à présent, la plupart de ces mesures ont fourni des informations limitées, comme des détails de base sur la composition chimique ou la température moyenne dans des sous-régions spécifiques de l’atmosphère. »
Mais de nouvelles observations avec le télescope Hubble, ont permis aux astronomes d’obtenir l’aperçu le plus détaillé à ce jour des conditions de l’hémisphère nocturne d’une exoplanète. Comme tous les Jupiters chauds, la rotation de WASP-121 b est liée à son orbite autour de son étoile mère. Ainsi, une orbite de 30 heures autour de l’étoile nécessite la même quantité de temps que la planète a besoin pour tourner une fois sur son axe.
Par conséquent, l’hémisphère dirigé vers l’étoile subit toujours la chaleur torride de l’étoile. De même, le côté nocturne, plus froid, est constamment confronté à l’espace froid et sombre. En fusionnant les données des hémisphères diurnes et nocturnes, l’analyse de l’équipe mène à la première vision élaborée de la façon dont l’atmosphère d’une exoplanète fonctionne comme un système global.
La première observation du cycle complet de l’eau d’une exoplanète
« Pour sonder toute la surface de WASP-121 b, nous avons pris des spectres avec Hubble pendant deux révolutions complètes de cette planète », explique le coauteur David Sing, de l’université Johns Hopkins de Baltimore (États-Unis). Grâce à cette technique et à la modélisation des données, le groupe a sondé la haute atmosphère de WASP-121 b sur toute la planète et, ce faisant, a observé pour la première fois le cycle complet de l’eau d’une exoplanète.
Sur le côté de la planète faisant face à l’étoile, la haute atmosphère devient aussi chaude qu’environ 3000 degrés Celsius. À de telles températures, l’eau commence à briller, et de nombreuses molécules se décomposent même en leurs composants atomiques. Les données de Hubble révèlent également que la température baisse d’environ 1500 degrés Celsius dans l’hémisphère nocturne.
Cette différence de température extrême entre les deux hémisphères donne lieu à des vents violents qui balaient toute la planète d’ouest en est, entraînant les molécules d’eau perturbées. Elles finissent par atteindre l’hémisphère nord. Les températures plus basses permettent aux atomes d’hydrogène et d’oxygène de se recombiner, formant à nouveau de la vapeur d’eau, avant d’être repoussées vers le côté jour et le cycle se répète. Les températures ne descendent jamais assez bas pour que des nuages d’eau se forment tout au long du cycle.
Nuages et pluies métalliques constitués de pierres précieuses liquides
Au lieu de l’eau, les nuages de WASP-121 b sont principalement composés de métaux tels que le fer, le magnésium, le chrome et le vanadium. Des observations antérieures ont révélé les signaux spectraux de ces métaux sous forme de gaz sur la face chaude de cette planète.
Les nouvelles données de Hubble indiquent que les températures baissent suffisamment pour que les métaux se condensent en nuages la nuit. Les vents d’est qui transportent la vapeur d’eau sur la face cachée de l’étoile soufflent également ces nuages de métaux vers la face visible de l’étoile, où ils s’évaporent à nouveau pour former des nuages d’où tombe la pluie.
Mais cette pluie ne ressemblerait à aucune autre connue dans le système solaire. Par exemple, l’aluminium se condense avec l’oxygène pour former le composé corindon. Avec des impuretés de chrome, de fer, de titane ou de vanadium, nous le connaissons sous le nom de rubis ou de saphir. Des pierres précieuses liquides pourraient donc pleuvoir sur l’hémisphère nocturne de WASP-121.
Vous pouvez voir cette exoplanète dans cette vidéo.
Cette recherche a été publiée dans Nature Astronomy.
Source : Max Planck Institute
Crédit photo : Patricia Klein et MPIA