Astronomie

Nuits torrides sur une super-Terre

Des chercheurs, dont des Suisses, sont parvenus à analyser les températures à la surface d’une planète extrasolaire, montrant qu’elle est peut-être recouverte de lave. De quoi faire entrer ce champ de l’astronomie dans une nouvelle dimension

C’est une avancée dans l’exploration des exoplanètes, ces planètes gravitant autour d’autres étoiles que notre Soleil. Un progrès dans l’acquisition des connaissances sur ces mondes constitutifs des autres systèmes solaires. Une équipe internationale, à laquelle ont pris part des chercheurs suisses, vient de produire la première carte des températures d’une «super-Terre». Brice-Olivier Demory, astrophysicien à l’Université de Cambridge, et ses collègues ont mesuré, grâce au télescope spatial Spitzer de la NASA, le rayonnement émis dans l’infrarouge par l’exoplanète «55 Cancri e» au moment où, parcourant son orbite, celle-ci passait devant puis derrière son étoile. Ces astronomes affirment ce jeudi dans la revue Nature avoir réussi à obtenir par ce moyen des informations sur la face éclairée de l’astre. Celle-ci serait beaucoup plus chaude que la face nocturne. Et, probablement, recouverte par endroits de laves en fusion, coulant à la surface!

Parmi les 2100 exoplanètes repérées à ce jour, «55 Cancri e» n’est pas la première dont les variations géographiques en termes de températures sont ainsi révélées. Depuis 2007, plusieurs «Jupiter(s) chauds» (en référence à l’immense planète gazeuse de notre système solaire) ont donné lieu à des cartes comparables. A ceci près, qu’étant la plus légère, «55 Cancri e» devient l’unique représentante d’une catégorie particulière d’objets célestes à avoir consenti à livrer une information.

Type de planètes très répandu

Caractérisées par leur masse comprise entre une et dix fois celle de la Terre, les super-Terres constitueraient un type de planètes très répandu à l’échelle de la galaxie. «Or, les scientifiques ne savent pour l’instant quasiment rien d’elles», explique Alain Lecavelier des Etangs, directeur de recherche CNRS à l’Institut d’Astrophysique de Paris, non impliqué dans l’étude. Aucun des corps de notre système solaire ne pouvant être classé dans cette famille, les astronomes ne disposent d’aucun élément de comparaison et en sont, pour l’instant, réduits à des hypothèses. Envisageant, par exemple, que certaines d’entre elles puissent être entièrement recouvertes d’océans.

Tel n’est certainement pas le cas de «55 Cancri e». Découvert en 2004, ce monde n’est éloigné que de 1.5 millions de kilomètres de son étoile de type solaire, contre 100 fois plus entre la Terre et le Soleil. Et il tourne autour d’elle en 18 heures seulement et en lui présentant perpétuellement une même face. Diverses campagnes d’observation ont montré qu’en raison de sa masse (correspondant à huit fois celle de la Terre) et de son rayon (deux fois celui de notre planète), cette exoplanète est très probablement de nature rocheuse. Un tel astre peut-il encore détenir une atmosphère? Ou n’est-il plus qu’un corps désolé dont la surface brûlante serait librement exposée au vide de l’espace? C’est ce qu’a voulu établir Brice-Olivier Demory en cherchant à mesurer ses températures locales.

Pour réaliser cette opération, ces chercheurs ont profité de l’orientation particulière de l’orbite de «55 Cancri e». En effet, celle-ci place périodiquement l’exoplanète entre la Terre et son étoile avant de la faire disparaître derrière celle-ci. Conséquence: un observateur terrestre perçoit une variation de luminosité. En révélant précisément ces changements (dans le domaine de l’infrarouge), Brice-Olivier Demory et ses collègues ont réussi à obtenir une carte détaillant la manière dont la température de l’astre évolue en fonction de sa longitude et donc change entre sa partie «jour» et sa partie «nuit».

Point chaud

Le résultat? Il fut une surprise. «En effet, les données obtenues montrent qu’il existe une importante différence de températures, de plus de 1300 degrés, entre la face de «55 Cancri e» éclairée par l’étoile et celle plongée dans la nuit, explique Brice-Olivier Demory, qui a réalisé sa thèse à l’Université de Genève avant de rejoindre Cambridge. Un tel résultat plaide, a priori, pour une absence d’atmosphère à même de transporter la chaleur d’un hémisphère à l’autre par l’intermédiaire de vents». Mais comment expliquer dans ce cas l’emplacement du «point chaud» de «55 Cancri e»? Cette zone où se concentrent les plus hautes températures relevées sur l’astre n’a pas été observée à l’endroit le plus exposé au rayonnement provenant de l’étoile mais, plus à l’ouest, dans une région de la face diurne recevant moins de lumière. Pourquoi?

Cette découverte ferait sortir l’étude des exoplanètes du champ de l’astronomie pour déborder sur celui de la géophysique ou de la géologie.

L’équipe a avancé plusieurs hypothèses. Selon elle, soit «55 Cancri e» dispose d’une atmosphère faite d’éléments chimiques lourds dont la circulation serait confinée à sa face diurne. Soit elle est en dépourvue. Et dans ce cas, ce surcroît de chaleur pourrait s’expliquer par la présence de laves en circulation. Ce qui, explique Didier Queloz, professeur à l’Université de Cambridge et de Genève et auteur responsable de cette étude, «ferait sortir l’étude des exoplanètes du champ de l’astronomie pour déborder sur celui de la géophysique ou de la géologie».

«Ce travail est très intéressant, estime Pierre Drossart, directeur de recherche CNRS à l’Observatoire de Paris. La mise en évidence d’un contraste de températures entre deux faces d’une «super-terre» constitue une première et ouvre la voie à l’observation future de ce type d’objets. N’oublions pas que ceux-ci n’étaient pour l’instant connus que par leurs orbites, leurs masses ou leurs rayons».

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