vendredi 7 décembre 2018

WASP-69b, l'exoplanète qui perd son enveloppe


Un groupe d'astronomes vient de montrer que l'atmosphère de l'exoplanète WASP-69b  est en train de s'évaporer, cette dernière laissant derrière elle une longue traînée d'hélium qui est détectable lorsque la planète passe devant son étoile.




C'est une quasi queue de comète que Lisa Nortmann (Instituto de Astrofísica de Canarias, IAC) et ses collaborateurs ont observé dans le sillage du mouvement de WASP-69b. Cette planète est de la classe des planètes géantes, ressemblant à Saturne. La perte d'hélium que les chercheurs observent est selon eux dûe à l'intense rayonnement UV de l'étoile. Pour en arriver à cette conclusion, les astrophysiciens ont suivi WASP-69b avec le télescope de 3,5 m de l'Observatoire de Calar Alto en Espagne, et son spectrographe CARMENES qui permet d'analyser la lumière avec une très bonne résolution depuis le visible jusqu'au proche infra-rouge. L'analyse du spectre permet d'identifier quels sont les gaz qui sont présents, mais surtout quelle est leur vitesse en regardant comment les raies d'émission et d'absorption se décalent vers le rouge ou vers le bleu. Ils ont ainsi pu identifier la présence d'hélium en train de s'échapper à grande vitesse et sa dispersion spatiale autour de la planète.
Il fallut attendre que WASP-69b et sa traînée de gaz passe devant l'étoile WASP-69 pour que les raies d'absorption caractéristiques de l'hélium puisse être détectées. 
Ce que montrent les chercheurs dans leur article publié par Science, c'est que l'absorption durait bien plus longtemps que si la planète était seule autour de son étoile, et que cette absorption ne pouvait être dûe qu'à de l'hélium. Et ils ont également observé quatre autres exoplanètes de type géantes gazeuses, deux de type Jupiter  (HD 189733b et HD 209458b), une de type Neptune mais chaude (GJ 436b) et la géante surchauffée KELT-9b. Mais aucune d'entre elles sauf la Jupiter chaude HD 189733b ne montrent la présence d'hélium dans son enveloppe et aucune ne subit une érosion atmosphérique massive comme celle caractérisée sur WASP-69b. 

En analysant les étoiles hôtes de ces cinq planètes sous l'angle  des rayons X grâce au télescope spatial XMM-Newton, les chercheurs montrent que la planète qui perd le plus son enveloppe gazeuse est aussi celle qui subit le rayonnement ionisant le plus intense. Il semble ainsi selon les chercheurs, que le rayonnement extrême des étoiles peut dépouiller des planètes similaires à Neptune ou Jupiter de leur enveloppe gazeuse, pour ne leur laisser que leur noyau rocheux et les transformer en planètes rocheuses de densité similaire à celle de Vénus ou de la Terre.
La détection de l'hélium s'avère donc un outil excellent pour tracer l'échappement atmosphérique. Les études antérieures similaires utilisaient l'absorption de l'hydrogène dans l'UV mais dans une région spectrale très limitée et qui était fortement affectée par l'absorption interstellaire, ce qu'évite l'hélium.

Ces résultats devraient permettre aux astrophysiciens qui se sont spécialisés dans la caractérisation des atmosphères d'exoplanètes de comparer les processus d'évaporation sur de grands échantillons de planètes. L'enjeu est de comprendre notamment si les planètes qui sont détectées aujourd'hui avec une période orbitale ultra-courte pourraient n'être rien d'autre que des noyaux d'anciennes Jupiter chaudes complètement dépouillées de leur enveloppe gazeuse...


Source

Ground-based detection of an extended helium atmosphere in the Saturn‑mass exoplanet WASP-69b
Lisa Nortmann et al.
Science , en ligne (6 December, 2018)


Illustration

Vue d'artiste représentant WASP-69b en train de perdre son enveloppe d'hélium (Gabriel Pérez Díaz, SMM (IAC))