Une percée sur la formation des atmosphères des exo-Terres

Les exoplanètes pourraient capturer dans leurs atmosphères un gaz tardif pendant plusieurs dizaines de millions d'années, ce qui les enrichirait en carbone et les rendrait potentiellement propices à la vie. C'est la conclusion à laquelle parvient une équipe menée par un astronome (Un astronome est un scientifique spécialisé dans l'étude de l'astronomie.) de l'Observatoire de Paris (L'Observatoire de Paris est né du projet, en 1667, de créer un observatoire astronomique équipé de bons instruments permettant...) - 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 interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la physique et l'étude des propriétés des objets de...) (Observatoire de Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la...) - PSL / CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) / Sorbonne (La Sorbonne est un complexe monumental du Quartier latin de Paris. Elle tire son nom du théologien du XIIIe siècle Robert de Sorbon, le fondateur du collège de Sorbonne, collège dédié à la...) Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études...) / Université de Paris) dans une étude qui parait dans la revue Nature Astronomy en date du 6 avril 2020.


Accrétion de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz tend à occuper tout le...) tardif sur une planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour que sa gravité la maintienne en équilibre hydrostatique, c'est-à-dire sous...) similaire à la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des quatre...).
Le gaz est relâché dans un disque (Le mot disque est employé, aussi bien en géométrie que dans la vie courante, pour désigner une forme ronde et régulière, à l'image d'un palet — discus en latin.) de planétésimaux plus lointain que la planète et migre vers l'intérieur jusqu'à se faire capturer par la planète, ce qui crée une nouvelle atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) sur cette dernière, qui peut avoir une masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et...) similaire à l'atmosphère terrestre (L'atmosphère terrestre est l'enveloppe gazeuse entourant la Terre solide. L'air sec se compose de 78,08 % d'azote, 20,95 % d'oxygène,...) ou même devenir bien plus massive (Le mot massif peut être employé comme :) que l'atmosphère vénusienne.
© Sylvain Cnudde / Observatoire de Paris - PSL

On dénombre à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son...) plus de 4 000 exoplanètes qui surprennent par leurs diversités et celles de leurs systèmes. Leurs observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et...) détaillées permettent de révéler que leurs atmosphères sont très variées. Il est communément admis que l'origine de cette diversité est liée aux processus de formation et à l'histoire des systèmes planétaires.

Les atmosphères des exoplanètes sont un mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat de l'opération est...) de différents gaz: ceux présents dès leur formation, ceux éjectés depuis leur intérieur sous forme de volcanisme, ou enfin ceux ″déposés″ par collisions avec des comètes. Des travaux dirigés par un astronome de l'Observatoire de Paris - PSL au Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique (LESIA: Observatoire de Paris - PSL / CNRS / Sorbonne Université / Université de Paris) montrent qu'un quatrième processus pourrait bien dominer tous les autres: l'accrétion tardive de gaz.

En utilisant les antennes du réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit...) ALMA qui observent les rayonnements submillimétriques, les astronomes ont en effet découvert des disques de gaz tardif autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5...) d'un très grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) d'étoiles, un gaz apparu bien après que leurs planètes se soient formées dans leur cocon (Le cocon est l'enveloppe de la nymphe de certains insectes. On appelle aussi cocon le sac que les araignées construisent en y introduisant leurs œufs.) initial. De ce gaz, les atmosphères des planètes seront amenées à s'enrichir pendant plusieurs dizaines de millions d'années.

Ce gaz est probablement relâché par des collisions entre des planétésimaux - corps rocheux de plusieurs dizaines de kilomètres-, qui orbitent à la périphérie (Le mot périphérie vient du grec peripheria qui signifie circonférence. Plus généralement la périphérie désigne une limite éloignée d'un objet...) des systèmes planétaires. Le gaz produit est principalement composé de monoxyde de carbone (Le monoxyde de carbone est un des oxydes du carbone. Sa formule brute s'écrit CO et sa formule semi-développée C=O ou –C≡O+, la molécule est composée d'un atome de carbone et d'un atome d'oxygène....) (CO), et probablement d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) et de molécules plus complexes. L'analyse de la distribution du gaz montre qu'il est entraîné vers l'intérieur du système et l'étude révèle qu'il peut être ainsi capturé par les planètes.

Ce processus très efficace permet d'accumuler jusqu'à plusieurs millions de fois la masse de l'atmosphère terrestre et apparaît donc suffisant pour former des atmosphères aussi massives que celles de la Terre ou de Vénus, mais aussi des atmosphères bien plus épaisses comme celles des mini-Neptunes (appellation donnée (Dans les technologies de l'information, une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction, d'un événement, etc.) aux exoplanètes de taille intermédiaire entre la Terre et Neptune et entourées d'une atmosphère épaisse). Les molécules générées dans les régions externes des systèmes planétaires et qui sont entraînées vers l'intérieur et capturées par les planètes pourraient être potentiellement favorables au développement des premières briques de la vie (La vie est le nom donné :).

Ces hypothèses pourront être testées avec le futur télescope spatial (Un télescope spatial est un télescope placé au delà de l'atmosphère. Le télescope spatial présente l'avantage par rapport à son homologue terrestre de ne pas être perturbé par...), le James Webb Space Telescope (Le James Webb Space Telescope (JWST), anciennement appelé « Next Generation Space Telescope » (NGST), est un télescope spatial développé par la...), et au sol, avec l'Extremely Large Telescope européen.

Référence:
Ce travail de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension...) a fait l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une étiquette verbale. Il est défini par...) d'un article intitulé "Formation of secondary atmospheres on terrestrial planets by late disk accretion", par Q. Kral et.al., à paraître le 6 avril 2020 dans la revue Nature Astronomy.DOI: 10.1038/s41550-020-1050-2
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