Astrophysique

L’atmosphère infernale de l’exoplanète HD189733b

Grâce à un instrument conçu à l’Observatoire de l’Université de Genève et installé sur un télescope au Chili, des chercheurs ont pu décrire l’atmosphère d’une exoplanète où règnent une chaleur extrême et des vents violents

Des astronomes des Universités de Genève et de Berne ont réussi à mesurer la vitesse des vents et la température de l’atmosphère de l’exoplanète HD189733b située à environ 60 années-lumière de la Terre. Grâce à un instrument d’une grande précision, le spectrographe HARPS, installé sur un télescope de l’Observatoire européen austral (ESO) au Chili, ils ont pu déterminer les conditions infernales régnant dans l’atmosphère de cette planète: il y fait 3000 degrés Celsius et des vents soufflent jusqu’à 30 000 kilomètres à l’heure.

Une rotation bloquée

«Ces mesures sont assez originales, commente Aurélien Wyttenbach, astronome à l’Université de Genève (UNIGE) et auteur des travaux qui sont publiés dans les revues Astronomy & Astrophysics et Astrophysical Journal Letters . C’est la deuxième exoplanète seulement où l’on mesure de telles conditions.» Selon le chercheur, les observations faites sur HD189733b confirment les prédictions des modèles théoriques.

Comment expliquer les vents puissants qui balaient l’atmosphère de l’exoplanète? «HD189733b est très proche de son étoile; les forces exercées par l’étoile sur la planète bloquent sa rotation, explique Aurélien Wyttenbach. Elle montre donc toujours la même face à l’astre qui devient très chaude. La face opposée, au contraire, est toujours dans la nuit et donc plus froide. Des vents violents se créent dans l’atmosphère pour redistribuer la chaleur.»

L’astronome genevois et ses collègues proposent aussi une hypothèse pour expliquer l’atmosphère extrêmement chaude de HD189733b. Cette géante gazeuse de la taille de Jupiter est dix fois plus près de son soleil que Mercure l’est du nôtre. «L’astre la chauffe à 1500 degrés, précise Aurélien Wyttenbach. Et il existe un autre facteur – dont nous devons encore découvrir le mécanisme précis – qui augmente encore plus la température de l’atmosphère de l’exoplanète grâce à l’absorption de l’énergie contenue dans le rayonnement X et ultraviolet de l’étoile». C’est un phénomène similaire qui se produit dans la couche d’ozone sur la Terre.

Transit exoplanétaire

La précision des chiffres publiés par les astronomes genevois et bernois repose sur la résolution de l’instrument qu’ils ont utilisé. Le spectrographe HARPS, conçu par l’Observatoire de Genève il y a dix ans, permet de mesurer avec une très grande précision le spectre lumineux d’une étoile. Son but premier était de découvrir des nouvelles exoplanètes. «On a détourné le but original de HARPS pour étudier l’atmosphère des planètes», raconte l’astronome genevois.

Les chercheurs ont analysé la lumière émise par l’étoile de HD189733b et absorbée par la planète lorsque celle-ci passe devant, comme lors d’une éclipse. «Cet événement est appelé transit, explique Aurélien Wyttenbach. A ce moment, on détecte la lumière de l’étoile filtrée par l’atmosphère de l’exoplanète. C’est le même phénomène que l’on observe lorsque la Lune devient rouge pendant une éclipse: elle reçoit la lumière filtrée par la Terre.» Comme l’atmosphère de HD189733b contient du sodium – un des deux éléments chimiques du sel de table avec le chlore –, elle filtre donc d’avantage dans le jaune, ce qui est détecté par le spectrographe. Kevin Heng, astrophysicien de l’Université de Berne, a développé la technique permettant d’interpréter les variations des signaux jaunes, appelées raies de sodium.

Sur la piste de l’eau

HD189733b n’est pas la seule à révéler ses secrets atmosphériques. Des données de spectre lumineux ont été mesurées par HARPS pour d’autres exoplanètes. Les chercheurs sont en train de les analyser. «C’est vraiment excitant, commente Aurélien Wyttenbach. Nous avons des mesures de transit pour environ une quarantaine d’exoplanètes du même type.» Les chercheurs s’intéressent aussi à d’autres éléments chimiques présents dans l’atmosphère comme le magnésium qui filtre la lumière bleue. «On pourrait aussi imaginer détecter de l’eau car cette molécule filtre la lumière visible», s’enthousiasme Aurélien Wyttenbach. De l’eau a déjà été identifiée dans l’atmosphère d’exoplanètes – des géantes gazeuses – grâce à des télescopes plus grands et en étudiant le spectre de la lumière infrarouge.

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