Du méthane sur une mini-Neptune tempérée ?

Publié par Redbran le 14/05/2022 à 13:00
Source: Observatoire de Paris
L'annonce en 2019 de la détection de vapeur d'eau dans l'atmosphère de K2-18 b, une exoplanète d'environ huit masses terrestres située dans la zone dite "habitable" de son étoile, fit grand bruit. Une étude menée par des chercheurs de l'Observatoire de Paris (L'Observatoire de Paris est né du projet, en 1667, de créer un observatoire astronomique...) - PSL au Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation (Le mot instrumentation est employé dans plusieurs domaines :) en astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche...) remet en cause cette détection. Elle est publiée en tant que Matters Arising dans Nature Astronomy, le 12 mai 2022.


Vue d'artiste (Est communément appelée artiste toute personne exerçant l'un des métiers ou activités...) de l'exoplanète (Une exoplanète, ou planète extrasolaire, est une planète orbitant autour d'une...) K2-18 b, de son étoile-hôte, et d'une seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui...) planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de...) du système planétaire (Un système planétaire (parfois appelé abusivement système stellaire) est...).
ESA/Hubble, M.Kornmesser

De par sa masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) (entre 7 et 10 masses terrestres) et son rayon (environ 2,5 rayons terrestres), l'exoplanète K2-18 b, découverte en 2015 par le satellite (Satellite peut faire référence à :) Kepler, est considérée comme une "super-Terre (Une super-Terre est une planète extrasolaire plus massive que la Terre, mais...)" ou une "mini-Neptune". Par ailleurs, elle reçoit à peu près la même quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) de son étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une...), une naine rouge (En astronomie, les naines rouges sont les étoiles les moins massives ; en-deçà, ce sont les...), que la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...) en reçoit du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile...).

En analysant des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) obtenues par le télescope spatial Hubble (Le télescope spatial Hubble (en anglais, Hubble Space Telescope ou HST) est un télescope en...) enregistrées lors du passage de K2-18 b devant son étoile, deux équipes avaient annoncé en 2019 la détection de vapeur () d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) dans son atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :): une première pour une planète gravitant dans la "zone habitable (En astronomie, une zone habitable (ZH) est une région de l'espace où les conditions sont...)" de son étoile. Cette détection reposait sur une absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise...) observée vers une longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus...) d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation...) de 1,4 micromètres. Ces équipes avaient également conclu à la présence de quantités notables d'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) et d'hélium (L'hélium est un gaz noble ou gaz rare, pratiquement inerte. De numéro atomique 2, il...) et vraisemblablement de nuages d'eau.

Simulations numériques en appui

Une équipe du LESIA a produit des simulations numériques de l'atmosphère de K2-18 b en utilisant un modèle physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) et chimique cohérent (basé sur le programme informatique (Un programme informatique est une liste d'ordres indiquant à un ordinateur ce qu'il doit faire. Il...) Exo-REM) et en supposant que l'exoplanète avait une composition chimique proche de celle de Neptune. Ils sont ainsi parvenus à reproduire les données de K2-18 b enregistrées par Hubble (Le télescope spatial Hubble (en anglais, Hubble Space Telescope ou HST) est un télescope en...), le meilleur ajustement étant obtenu pour une proportion d'éléments lourds (oxygène, carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C,...), azote (L'azote est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole N et de...), etc.) par rapport à l'hydrogène d'environ 200 fois la proportion solaire.


Absorption du flux stellaire (Stellaria est un genre de plantes herbacées annuelles ou vivaces, les stellaires, de la...) par la planète K2-18b lorsqu'elle passe devant son étoile Le spectre en transit calculé avec le modèle d'atmosphère Exo-REM pour une composition chimique de type Neptune reproduit l'absorption observée par HST. Dans ce modèle, celle-ci est majoritairement due au méthane (Le méthane est un hydrocarbure de formule brute CH4. C'est le plus simple composé de la...) et non à la vapeur d'eau comme annoncé précédemment.
B. Bézard et al. 2022

Les spectres du passage de K2-18 b devant son étoile, tels que calculés à partir de ce modèle, montrent que l'absorption observée par Hubble est en fait majoritairement due au méthane, même si celui-ci est environ deux fois moins abondant que la vapeur d'eau. Le méthane est un gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) que l'on s'attend à trouver en abondance dans l'atmosphère des "mini-Neptunes" tempérées.

Plus généralement, ces simulations montrent que l'absorption à 1,4 micromètres de longueur d'onde n'est pas un diagnostic (Le diagnostic (du grec δι?γνωση, diágnosi, à partir de...) de la présence de vapeur d'eau pour des exoplanètes géantes dont la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) d'équilibre est inférieure à 600 K.

Pour différencier la vapeur d'eau du méthane, il est donc nécessaire d'observer parallèlement à d'autres longueurs d'onde, comme pourront le faire le Webb Telescope lancé fin 2021 ou la mission spatiale européenne Ariel prévue pour 2029.

Référence:
B. Bézard, B. Charnay, D. Blain, Methane as a dominant absorber in the habitable-zone sub-Neptune K2-18 b, 2022, Nature Astronomy.
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