Observer l'évaporation d'une planète en direct

Publié par Adrien le 25/11/2021 à 09:00
Source: CEA
Une collaboration internationale impliquant le CEA-Irfu a observé un "Jupiter chaud" en pleine "photo-évaporation". Cette découverte inattendue permettra d'en apprendre un peu plus sur un phénomène qui façonne de nombreuses planètes.

L'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) d'une planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de...) est constamment bombardée par le rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de...) de l'étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une...) autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) de laquelle elle orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps...). Si les molécules qui la composent reçoivent assez d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...), elles atteignent une vitesse (On distingue :) qui leur permet de se "libérer" de la planète et "s'évaporent" dans l'espace. Cette "photo-évaporation" peut modifier substantiellement la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) et la composition chimique d'une planète si elle dure des milliards d'années.


(c) European Space Agency, Alfred Vidal-Madjar (Institut d'Astrophysique de Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région...), CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...), France) and NASA (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de...)

Pour mieux comprendre ce phénomène, les astrophysiciens ont choisi d'étudier une exoplanète (Une exoplanète, ou planète extrasolaire, est une planète orbitant autour d'une...) gazeuse géante (Une étoile géante est une étoile de classe de luminosité II ou III. Dans le...), très proche de son étoile - un "Jupiter chaud (Les Jupiter chauds ou Pégasides sont une classe d'exoplanètes ayant une masse du même ordre de...)" - qui, fortement irradiée, a développé une atmosphère étendue et facilement observable (Dans le formalisme de la mécanique quantique, une opération de mesure (c'est-à-dire...). Leur choix s'est porté sur HAT-P-32b, orbitant tous les 2,15 jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...) autour de son étoile, et qui reçoit environ 100.000 fois plus de rayonnement dans l'extrême ultraviolet (Le rayonnement ultraviolet (UV) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur...) que la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...).

Ils ont étudié les spectres à haute résolution enregistrés à l'observatoire de Calar Alto (Espagne), et plus particulièrement, les raies d'absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise...) des gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) légers contenus dans l'atmosphère de HAT-P-32b qui sont aussi les plus sensibles à la photo-évaporation:
- l'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) (H-α à 656 nm),
- l'hélium (L'hélium est un gaz noble ou gaz rare, pratiquement inerte. De numéro atomique 2, il...) (He I à 1083 nm).

En comparant ces raies à différentes phases du passage de la planète devant son étoile (transit), ils ont pu mettre en évidence qu'un processus de photo-évaporation était à l'oeuvre. Ils estiment que la planète pourrait avoir perdu environ la moitié de sa masse initiale et que cette évolution devrait se poursuivre encore longtemps, avant que son étoile hôte ne s'éteigne.

Depuis 1995, il était admis que les Jupiters chauds étaient peu sujets à la photo-évaporation. Le contre-exemple (En mathématiques, un contre-exemple est un exemple, un cas particulier ou un résultat...) de HAT-P-32b démontre que l'évolution planétaire (Un planétaire désigne un ensemble mécanique mobile, figurant le système solaire...) n'est pas complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou...) comprise. Ces données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) suscitent de nouveaux questionnements concernant par exemple les différences entre les raies de l'hydrogène et celles de l'hélium ou le rôle joué par le vent (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface...) stellaire (Stellaria est un genre de plantes herbacées annuelles ou vivaces, les stellaires, de la...).

L'atmosphère des exoplanètes pourra à terme être étudiée avec une précisions supérieure et à plus grande échelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un...) avec deux observatoires spatiaux:
- James Webb Spatial Telescope (JWST) qui sera mis en orbite dans quelques semaines,
- Atmospheric Remote-Sensing Infrared Exoplanet Large-survey (ARIEL) dont le lancement est prévu en 2028.

Références:
Absorption Hα et He I dans HAT-P-32b observée avec CARMENES. Detection of Roche (La roche, du latin populaire rocca, désigne tout matériau constitutif de l'écorce...) lobe overflow and mass loss, A&A
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