Astronomie

Le Webb dévoile l’étonnante atmosphère d’une super-Terre

Publié le 15 mai 2024

À 41 années-lumière de nous, l’exoplanète 55 Cancri e tourne près de son étoile. Ce monde très chaud, grand comme 2 fois la Terre, possède selon les observations du télescope spatial Webb une atmosphère de monoxyde et de dioxyde de carbone.

Le Webb dévoile l’étonnante atmosphère d’une super-Terre

Doté de capacités d’observations dans l’infrarouge uniques et d’un miroir de 6,5 m de diamètre, le télescope spatial Webb prouve une nouvelle fois son statut d’outil unique pour observer l’atmosphère d’une exoplanète.
En le tournant vers 55 Cancri e, les astronomes ont en effet été surpris, l’exoplanète possédant une atmosphère aux caractéristiques inattendues.

Audio : écoutez la rubrique Toulouse Capitale des Etoiles sur l’atmosphère de l’exoplanète 55 Cancri e (3:40 mn)

Une super-Terre très chaude

Le télescope spatial Webb qui associe la NASA, l’Agence Spatiale Européenne (ESA) et celle du Canada (ASC) n’a pas été pensé pour débusquer de nouvelles exoplanètes, ces planètes qui tournent autour d’autres soleils que le nôtre. Son temps d’observation est en effet trop précieux pour ce genre de recherche. En revanche, le Webb s’avère être un outil idéal pour déterminer les caractéristiques de l’atmosphère de ces mondes lointains.
Découverte en 2004 puis confirmée en 2011, 55 Cancri e est une exoplanète de type super-Terre (car elle est environ 2 fois plus grande en diamètre que notre monde) qui orbite autour d’une étoile très similaire au Soleil. Et très près, à seulement 2,5 millions de kilomètres (contre 150 millions de km pour nous), ce qui induit une «année» d’à peine 18 heures (ou 2,8 jours selon les observations menées) et surtout une température de 2200 à 3000°C. Pour les astronomes, en se basant sur des données notamment acquises avec le télescope spatial Spitzer, ce monde surchauffé est un océan de magma dépourvu de réelle atmosphère. Très ténue, cette dernière serait constituée des gaz issus de roches vaporisées et de toute façon «soufflée» par l’activité de l’étoile très proche.

Illustration de 55 Cancri e. En dépit de ses performances, le James Webb Space Telescope (JWST) ne peut pas obtenir une image d’une exoplanète et encore moins un visuel de ce style ! Pour communiquer autour de ce sujet, la NASA a donc demandé à un artiste d’imaginer à quoi ressemblerait ce monde lointain.
© NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)

Schéma de l’observation de 55 Cancri e par le télescope spatial Webb. Les instruments ont saisi les différences entre la lumière reçue de l’exoplanète et de son étoile, puis uniquement de l’étoile lorsque 55 Cancri e est passée derrière. Ce sont ces différences qui ont révélé l’existence d’une véritable atmosphère.
© NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI) Science: Aaron Bello-Arufe (JPL)

Un nouveau portrait

Un portrait somme toute plutôt infernal et logique au regard des conditions subies par 55 Cancri e. Un portrait remis partiellement, en cause par le télescope spatial James Webb. En mars 2023, l’observatoire a scruté en infrarouge le passage de la super-Terre derrière son étoile. Avant et après ce passage, les instruments recevaient donc la lumière issue de l’étoile et celle réfléchie par la planète (donc par l’atmosphère de cette dernière). Quand 55 Cancri e était cachée, seule la lumière de l’étoile était captée. La comparaison des données a permis à une équipe dirigée par l’astrophysicien et planétologue Renyu Hu du Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA de déterminer que la température était plus basse que précédemment estimée, soit 1540°C. Un résultat qui implique que la chaleur du côté de la planète tournée vers l’étoile (par verrou gravitationnel, elle présente toujours la même face) est «diluée» par une atmosphère, une partie de l’énergie se trouvant alors distribuée vers la moitié froide.

Une atmosphère «entretenue»

L’analyse des données suggère une atmosphère très probablement constituée de monoxyde et de dioxyde de carbone. La découverte a fait l’objet d’une publication dans la revue Nature acceptée le 15 avril dernier.

Comment une réelle atmosphère peut-elle subsister alors que l’activité de l’étoile proche aurait dû la souffler ? Pour l’équipe scientifique, cette atmosphère est sans cesse «entretenue», l’océan de magma en surface générant suffisamment de gaz pour compenser ce qui est perdu. Dans son communiqué, la NASA souligne que même si 55 Crancri e s’impose de toute évidence inhabitable, son étude «fournit une fenêtre unique pour étudier les interactions entre les atmosphères, les surfaces et l’intérieur des planètes rocheuses, et peut-être procurer un aperçu des conditions d’origine de la Terre, de Vénus et de Mars, qui auraient été recouvertes d’océans magmatiques dans le passé».