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Vue d’artiste d’un coucher de soleil sur KELT-9b.
© Unige

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L’enfer déroutant des Jupiter ultra-chauds 

Deux études décrivent des exoplanètes géantes presque collées à leur étoile, dont la météo inédite pourrait comporter de la neige de fer ou des grêlons de rubis

Dans le système solaire, deux planètes enregistrent des températures fort élevées: Vénus, avec ses 462 °C de moyenne – conséquence d’un affolant effet de serre –, et ­Mercure, l’astre le plus proche du Soleil, qui subit des pointes à plus de 420 °C. La tentation s’avère donc grande de qualifier ce duo d’infernal.

Pourtant, l’enfer est ailleurs. Mercure et Vénus connaissent des conditions presque agréables si on les compare à celles d’exoplanètes de l’extrême, les ­Jupiter ultra-chauds, auxquels deux études viennent d’être consacrées. La première, internationale, a été publiée par Nature le 16 août, tandis que la seconde, franco-américaine, le sera par Astronomy & Astrophysics.

Coauteur du premier de ces articles, David Ehrenreich, professeur associé à l’Université de Genève, explique qu’«il n’existe pas encore de définition bien arrêtée de ce qu’est un Jupiter ultra-chaud. ­Disons qu’il s’agit d’une extension de la catégorie des Jupiter chauds, qui sont les premières exoplanètes que l’on a détectées. Celles-ci sont des géantes gazeuses dont la masse va de celle de Saturne à plusieurs fois celle de Jupiter et qui se trouvent tellement près de leur étoile qu’elles reçoivent plusieurs centaines de fois à un millier de fois l’ensoleillement de la Terre.» A titre de comparaison, Mercure recueille sept fois l’ensoleillement de notre planète.

Conditions dantesques

«Récemment, poursuit David Ehrenreich, on a découvert des objets qui reçoivent plusieurs milliers de fois l’ensoleillement de la Terre, les Jupiter ultra-chauds.» Comme le résume Vivien Parmentier, chercheur au Laboratoire d’astrophysique de ­Marseille et premier auteur de l’étude à paraître dans Astronomy & Astrophysics, sur les Jupiter ­ultra-chauds, qui présentent toujours la même face à leur étoile, comme le fait la Lune avec la Terre, «l’atmosphère du côté éclairé dépasse les 2000 °C».

Les Jupiter ultra-chauds sont des laboratoires de l’extrême de physique et de chimie atmosphériques

David Ehrenreich, professeur associé à l’Université de Genève

Dans cette nouvelle «espèce» d’exoplanètes, il y a un monstre, qui fait l’objet de l’article de Nature. Baptisé KELT-9b, «cet objet reçoit 45 000 fois l’ensoleillement de la Terre, souligne David Ehrenreich. Il est complètement isolé dans la catégorie, aucune autre planète ne s’en approche. En fait, il ne devrait pas exister…» Situé à 650 années-lumière de nous, dans la constellation du Cygne, KELT-9b accompagne une grande étoile dont la surface est chauffée à plus de 10 000 °C, soit près de deux fois plus que la température de surface du Soleil.

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Trente fois plus proche de son étoile que la Terre ne l’est de la sienne, cette exoplanète en fait le tour en seulement un jour et demi. «Si on se trouvait à sa surface, imagine David Ehrenreich, la taille apparente de son étoile dans le ciel serait 70 fois plus grosse que celle du Soleil vu depuis la Terre…» Avec un fourneau aussi puissant et aussi proche, KELT-9b enregistre une température de plus de 4000 °C sur sa face éclairée, des conditions si dantesques que même les molécules de l’atmosphère n’y résistent pas et voient leurs liens se briser. L’étude de ­Nature rapporte ainsi avoir détecté du fer et du titane à l’état atomique dans l’atmosphère de cet astre.

Vents supersoniques

«Les Jupiter ultra-chauds sont des laboratoires de l’extrême de physique et de chimie atmosphériques», s’enthousiasme David Ehrenreich. Vivien Parmentier abonde: «Ils n’ont pas les nuages qui, sur les planètes moins chaudes, nous empêchent de quantifier correctement les molécules présentes. Or connaître ces abondances nous permet de comprendre où ces planètes se sont formées» dans le disque de matière originel, avant de migrer près de leur étoile.

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Ces exoplanètes sont le théâtre de phénomènes déroutants. Ainsi, lorsqu’ils sont partis à la recherche de vapeur d’eau sur la partie éclairée des Jupiter ultra-chauds, les astrophysiciens ne l’ont pas trouvée. «Cela a suscité beaucoup de questions, se rappelle Vivien Parmentier. On a d’abord pensé que ces planètes devaient être riches en carbone dont les atomes capturaient tout l’oxygène pour donner du monoxyde de carbone: il ne restait donc plus d’oxygène pour faire de l’eau. En fait, tout le monde s’est planté parce qu’on n’appliquait pas les bons modèles et qu’on avait oublié des choses pourtant connues depuis le XIXe siècle», à savoir que les molécules d’eau étaient brisées sous l’effet de la chaleur intense.

On s’est d’ailleurs aperçu ensuite qu’elles étaient bel et bien présentes à la frontière entre les parties jour et nuit des Jupiter ultra-chauds. En effet, sous l’impulsion de vents supersoniques, les éléments présents dans l’atmosphère de ces corps circulent. En passant dans la partie non éclairée et beaucoup moins chaude de l’exoplanète, ils peuvent se recombiner et les molécules d’eau se ­reformer avant d’être de nouveau démolies quand elles arrivent côté jour.

Les chercheurs imaginent même que, côté nuit, peuvent survenir des phénomènes météorologiques exotiques, comme de la neige, du givre ou des grêlons non pas d’eau mais de fer, de silicates ou… de rubis.

Lire également: La NASA lance son télescope en quête d’exoplanètes


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