Evaporation planétaire ou manifestation du vent stellaire ?

Une équipe internationale (1) vient de montrer que l'enveloppe très étendue d'hydrogène qui entoure l'exoplanète HD209458b trouverait son origine dans le vent stellaire, constitué de protons et électrons éjectés par l'étoile proche. Au contact de l'atmosphère de l'exoplanète, ils se recombineraient pour constituer un nuage d'hydrogène atomique conservant les propriétés cinétiques du vent stellaire. Ce résultat publié dans la revue Nature, permet d'envisager une nouvelle méthode d'étude et de caractérisation des vents stellaires.

HD209458b est une exoplanète détectée en 1999 par la méthode des vitesses radiales, puis la même année par ses transits (2). De la taille de Jupiter, elle se situe dans la constellation de Pégase et est à environ 7 millions de kilomètres de son étoile (4.5% de la distance Soleil-Terre): c'est un Jupiter chaud. Des astronomes, dont des chercheurs de l'Institut d'Astrophysique de Paris (3), ont détecté en 2003 une couronne chaude et très étendue constituée d'hydrogène atomique, interprétée jusqu'ici comme la signature d'une évaporation importante de l'atmosphère de cette exoplanète.


L'équipe de chercheurs a montré que le vent stellaire pourrait en fait être à l'origine de tout ou partie de cette enveloppe. Ce vent, comme celui du Soleil, est généré par l'étoile proche et est principalement constitué de protons et d'électrons. Au contact de l'atmosphère de la planète, les protons capturent des électrons pour former de l'hydrogène atomique qui va constituer une enveloppe en s'éloignant de l'exoplanète, pour ensuite se dissocier à nouveau à grande distance. Les modèles numériques présentés dans cette étude montrent que la distribution de vitesse des atomes générée par le vent stellaire diffère de celle des atomes qui s'évaporeraient de l'atmosphère. Ces modèles reproduisent l'observation sans introduire d'évaporation. Ceci ne remet toutefois pas en question l'existence possible d'une évaporation, mais distinguer sa signature au sein de ce flot énergétique et mesurer son intensité risquent de s'avérer difficile.

L'observation fournit par ailleurs une information précieuse car la distribution observée des vitesses des atomes d'hydrogène permet de déduire les propriétés du vent stellaire. Leur vitesse est en effet directement héritée de celle des protons du vent stellaire. Les chercheurs ont ainsi pu déterminer les caractéristiques du vent de l'étoile (vitesse, température cinétique, densité) qui reproduisent le mieux l'observation, identifiant ainsi un moyen inédit pour sonder les vents stellaires. En neutralisant le vent stellaire lors de l'impact, les Jupiters Chauds le rendent observable à nos instruments qui ne peuvent le détecter sous sa forme ionisée.

De telles couronnes d'atomes énergétiques sont connues autour des planètes du système solaire. Celles qui enveloppent Mars et Vénus, notamment, avaient aussi été interprétées comme le signe d'une évaporation atmosphérique, avant que leur origine liée au vent solaire ne soit clairement identifiée.


Notes:

(1) Cette équipe comprend M. Holmström et A. Ekenbäck (Swedish Institute of Space Physics, Kiruna, Suède), F. Selsis (Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux, CNRS, Université Bordeaux 1 / Observatoire Aquitain des Sciences de l'Univers - INSU et Centre de Recherche Astrophysique de Lyon, CNRS, Ecole Normale Supérieure de Lyon, Université de Lyon / Observatoire de Lyon - INSU), T. Penz (INAF, Observatoire de Palerme, Italie), H. Lammer (Space Research Institute, Graz, Autriche) et P. Wurz (Université de Berne, Suisse).

(2) Lorsque l'exoplanète passe entre nous et l'étoile, le flux lumineux provenant de l'étoile subit une importante diminution. La détection de cette variation de luminosité rapide permet ainsi de détecter des exoplanètes. Cette méthode permet de déterminer la masse et le rayon de l'objet.

(3) UMR CNRS, Université Pierre et Marie Curie ; Observatoire des Sc iences de l'Univers - INSU.