Communiqué de presse

L'élément le plus lourd jamais détecté dans l'atmosphère d'une exoplanète

13 octobre 2022

Grâce au Very Large Telescope de l'Observatoire Européen Austral (VLT de l'ESO), des astronomes ont découvert l'élément le plus lourd jamais trouvé dans l'atmosphère d'une exoplanète : le baryum. Ils ont été surpris de découvrir du baryum à haute altitude dans l'atmosphère des géantes gazeuses ultra-chaudes WASP-76 b et WASP-121 b - deux exoplanètes, c'est à dire des planètes qui orbitent autour d'étoiles en dehors de notre système solaire. Cette découverte inattendue soulève des questions sur la nature de ces atmosphères exotiques.

 

"Ce qui est curieux et contre-intuitif, c'est de comprendre pourquoi il y a un élément aussi lourd dans les couches supérieures de l'atmosphère de ces planètes", explique Tomás Azevedo Silva, doctorant à l'université de Porto et à l'Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA) au Portugal, qui a dirigé l'étude publiée aujourd'hui dans Astronomy & Astrophysics.

WASP-76 b et WASP-121 b ne sont pas des exoplanètes ordinaires. Elles sont toutes deux connues sous le nom de Jupiters ultra-chauds, car leur taille est comparable à celle de Jupiter, mais leur température de surface est extrêmement élevée, dépassant les 1 000 °C. Cela est dû à la proximité de leur étoile hôte, ce qui signifie également qu'une orbite autour de chaque étoile ne dure qu'un à deux jours. Cela donne à ces planètes des caractéristiques plutôt exotiques ; dans le cas de WASP-76 b, par exemple, les astronomes soupçonnent qu'il y pleut du fer.

Mais même ainsi, les scientifiques ont été surpris de trouver du baryum, qui est 2,5 fois plus lourd que le fer, dans les couches supérieures de l'atmosphère de WASP-76 b et WASP-121 b. "Étant donné la forte gravité des planètes, nous nous attendrions à ce que les éléments lourds comme le baryum tombent rapidement dans les couches inférieures de l'atmosphère", explique le co-auteur Olivier Demangeon, un chercheur également de l'Université de Porto et de l'IA.

"Il s'agissait en quelque sorte d'une découverte "accidentelle", précise Tomás Azevedo Silva. "Nous ne nous attendions pas ou ne cherchions pas de baryum en particulier et nous avons dû vérifier par recoupement que cela provenait bien de la planète, car cela n'avait jamais été vu dans aucune exoplanète auparavant."

Le fait que du baryum ait été détecté dans l'atmosphère de ces deux Jupiters ultra chauds suggère que cette catégorie de planètes pourrait être encore plus étrange qu'on ne le pensait. Bien que nous voyions occasionnellement du baryum dans notre propre ciel, comme la couleur verte brillante des feux d'artifice, la question pour les scientifiques est de savoir quel processus naturel pourrait provoquer la présence de cet élément lourd à des altitudes aussi élevées dans ces exoplanètes. "Pour l'instant, nous ne sommes pas sûrs des mécanismes en jeu", explique Olivier Demangeon.

Dans l'étude des atmosphères des exoplanètes, les Jupiters ultra chauds sont extrêmement utiles. Comme l'explique Olivier Demangeon : "Étant gazeuses et chaudes, leurs atmosphères sont très étendues et sont donc plus faciles à observer et à étudier que celles des planètes plus petites ou plus froides".

La détermination de la composition de l'atmosphère d'une exoplanète nécessite un équipement très spécialisé. L'équipe a utilisé l'instrument ESPRESSO sur le VLT de l'ESO au Chili pour analyser la lumière des étoiles qui avait été filtrée à travers les atmosphères de WASP-76 b et WASP-121 b. Cela a permis de détecter clairement plusieurs éléments dans celles-ci, dont le baryum.

These new results show that we have only scratched the surface of the mysteries of exoplanets. With future instruments such as the high-resolution ArmazoNes high Dispersion Echelle Spectrograph (ANDES), which will operate on ESO’s upcoming Extremely Large Telescope (ELT), astronomers will be able to study the atmospheres of exoplanets large and small, including those of rocky planets similar to Earth, in much greater depth and to gather more clues as to the nature of these strange worlds.

Ces nouveaux résultats montrent que nous n'avons fait qu'effleurer la surface des mystères des exoplanètes. Grâce à de futurs instruments, tels que le spectrographe ANDES (ArmazoNes high Dispersion Echelle Spectrograph), qui fonctionnera sur le futur Extremely Large Telescope (ELT) de l'ESO, les astronomes pourront étudier les atmosphères des exoplanètes, grandes et petites, y compris celles des planètes rocheuses semblables à la Terre, de manière beaucoup plus approfondie et recueillir davantage d'indices sur la nature de ces mondes étranges.

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Cette recherche est présentée dans un article intitulé “Detection of Barium in the atmospheres of ultra-hot gas giants WASP-76b & WASP-121b” publié dans Astronomy & Astrophysics (doi: 10.1051/0004-6361/202244489).

L’équipe est composée de T. Azevedo Silva (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, Universidade do Porto, Portugal [IA/UPorto, CAUP] et Departamento de Física e Astronomia Faculdade de Ciências, Universidade do Porto, Portugal [FCUP]), O. D. S. Demangeon (IA/UPorto, CAUP and FCUP), N. C. Santos (IA/UPorto, CAUP and FCUP), R. Allart (Department of Physics, et Institute for Research on Exoplanets, Université de Montréal, Canada et Observatoire astronomique de l’Université de Genève, Suisse [UNIGE]), F. Borsa (INAF – Osservatorio Astronomico di Brera, Italie) , E. Cristo (IA/UPorto, CAUP and FCUP) , E. Esparza-Borges (Instituto de Astrofísica de Canarias, Espagne [IAC] et Departamento de Astrofísica, Universidad de La Laguna, Tenerife, Espagne [IAC-ULL]) , J. V. Seidel (European Southern Observatory, Chile [ESO Chili]) , E. Palle (IAC) , S. G. Sousa (IA/UPorto), H. M. Tabernero (Centro de Astrobiología, CSIC-INTA, Espagne [CSIC-INTA]), M. R. Zapatero Osorio (CSIC-INTA), S. Cristiani (INAF – Osservatorio Astronomico di Trieste, Italie [INAF Trieste]), F. Pepe (UNIGE) , R. Rebolo (IAC and IAC-ULL) , V. Adibekyan (IA/UPorto and FCUP), Y. Alibert (Physikalisches Institut, University of Bern,, Suisse), S. C. C. Barros (IA/UPorto and FCUP), V. Bourrier (UNIGE) , P. Di Marcantonio (INAF Trieste), V. D’Odorico (INAF Trieste, Scuola Normale Superiore, Italie et Institute for Fundamental Physics of the Universe, Trieste, Italie [IFPU]), D. Ehrenreich (UNIGE and Centre Vie dans l’Univers, Faculté des sciences de l’Université de Genève, Suisse), P. Figueira (UNIGE and IA/UPorto), J. I. González Hernández (IAC and Universidad de La Laguna, Departamento de Astrofísica, Espagne), C. J. A. P. Martins (UA/UPorto et Centro de Astrofísica da Universidade do Porto, Portugal), A. Mehner (ESO Chile) , G. Micela (INAF – Osservatorio Astronomico di Palermo, Italie), P. Molaro (INAF Trieste and IFPU), D. Mounzer (UNIGE), N. J. Nunes (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa et Departamento de Física, Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa, Portugal), A. Sozzetti (INAF - Osservatorio Astrofisico di Torino, Italie), A. Suárez Mascareño (IAC et IAC-ULL), and S. Udry (UNIGE).

L'Observatoire Européen Austral (ESO) permet aux scientifiques du monde entier de découvrir les secrets de l'Univers pour le bénéfice de tous. Nous concevons, construisons et exploitons des observatoires au sol de classe mondiale - que les astronomes utilisent pour s'attaquer à des questions passionnantes et transmettre la fascination de l'astronomie - et nous encourageons la collaboration internationale en astronomie. Créé en 1962 en tant qu'organisation intergouvernementale, l'ESO est aujourd'hui soutenu par 16 États membres (Allemagne, Autriche, Belgique, Danemark, Espagne, France, Finlande, Irlande, Italie, Pays-Bas, Pologne, Portugal, République tchèque, Royaume-Uni, Suède et Suisse), ainsi que par l'État hôte du Chili et l'Australie en tant que partenaire stratégique. Le siège de l'ESO ainsi que son centre d'accueil et son planétarium, l'ESO Supernova, sont situés près de Munich en Allemagne, tandis que le désert chilien d'Atacama, un endroit magnifique offrant des conditions uniques pour observer le ciel, accueille nos télescopes. L'ESO exploite trois sites d'observation : La Silla, Paranal et Chajnantor. À Paranal, l'ESO exploite le Very Large Telescope et son Very Large Telescope Interferometer, ainsi que des télescopes de sondage tel que VISTA. Toujours à Paranal, l'ESO accueillera et exploitera le Cherenkov Telescope Array South, l'observatoire de rayons gamma le plus grand et le plus sensible au monde. Avec ses partenaires internationaux, l'ESO exploite APEX et ALMA à Chajnantor, deux installations qui observent le ciel dans le domaine millimétrique et submillimétrique. Au Cerro Armazones, près de Paranal, nous construisons "le plus grand œil au monde tourné vers le ciel" - l'Extremely Large Telescope de l'ESO. Depuis nos bureaux de Santiago du Chili, nous soutenons nos opérations dans le pays et nous nous engageons auprès des partenaires et de la société chiliens.

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Courriel: olivier.demangeon@astro.up.pt

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Instituto de Astrofisica e Ciências do Espaço, Faculdade de Ciências, Universidade do Porto
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Ce texte est une traduction du communiqué de presse de l'ESO eso2213.