De la vapeur d’eau détectée dans l’atmosphère d’une « Jupiter-Chaude »

TauBootisb_ESO

Une équipe de jeunes chercheurs a mis au point une nouvelle technique pour caractériser l’atmosphère des exoplanètes géantes qu’on ne peut pas observer par transit. La signature de la vapeur d’eau a été détectée dans l’atmosphère d’une « Jupiter-Chaude » les plus proches de nous.

Depuis la découverte de la première planète extrasolaire de l’histoire voici une vingtaine d’années, 1.690 sont à présent confirmées. Déjà, l’automne dernier quand le cap des 1.000 exoplanètes connues venait d’être franchi, des chercheurs ont proposé dans leur étude statistique que notre galaxie, la Voie Lactée, soit probablement riche de plusieurs milliards de mondes habitables ! La plupart seraient à l’image de notre Terre, en orbite autour de leur étoile dans la zone où il ne fait ni trop chaud ni trop froid, ce qui laisse espérer que l’eau puisse durablement exister à l’état liquide. Face à cette estimation relativement optimiste (22 % des étoiles de la galaxie semblables au Soleil auraient une “exo-Terre“ habitable), les questions qui dominent la quête des astronomes sont : combien d’entre elles possèdent de l’eau ? Et parmi celles-là, combien sont « habitées » (quelle que soit la forme de vie développée) ? À cela, il faut encore ajouter les myriades d’exolunes, autres mondes potentiellement habitables, car la présence d’eau liquide n’y est pas toujours exclu, à l’instar — dans notre propre système solaire — des cas énigmatiques d’Europe (autour de Jupiter) et Encelade (autour de Saturne).

« Follow the water »

Même si le « Graal » de la recherche est la découverte d’une première planète habitée, les astronomes travaillent dans un premier temps à déterminer si la précieuse molécule, ingrédient essentiel à la vie, est présente ou non à leurs surfaces et/ou dans leurs atmosphères. Une tâche que l’on imagine volontiers difficile à mettre en œuvre, étant donné les grandes distances qui nous séparent des étoiles lesquelles, rappelons-le, noient dans leurs lumières les corpuscules qui leur gravitent autour.
Pourtant, en ce début du XXIe siècle, l’entreprise a déjà été menée avec succès avec la participation du télescope spatial Hubble. L’étude spectrale de planètes passant devant leur étoile a révélé, en effet, la signature de molécules d’eau. Une méthode prometteuse qui fonctionne exclusivement lors des transits planétaires. Cependant pour les cas fréquents où le plan de l’orbite des planètes observées n’est pas aligné avec nos instruments (du point de vue terrestre), de nouvelles techniques offrent la possibilité de caractériser directement l’atmosphère. Dans leur étude de Tau Bootes b publié dans The Astrophysical Journal Letters le 24 février, une équipe d’étudiants-chercheurs exposent leur recette.

Présence de vapeur d'eau dans l'atmosphère de la "Jupiter-Chaude" Tau Bootis b décryptée dans le spectre de l'astre et son décalage vers le rouge ou le bleu
Présence de vapeur d’eau dans l’atmosphère de la « Jupiter-Chaude » Tau Bootis b décryptée dans le spectre de l’astre

A l’écoute du spectre

Découverte en 1996, Tau Boötis b est une des toutes premières exoplanètes connues à figurer dans l’atlas des planètes extrasolaires. C’est aussi une des plus proche de nous, car située à seulement 51 années-lumière autour d’une étoile visible à l’œil nu dans la constellation du Bouvier (Bootes). Détectées à l’époque grâce à la méthode dite de vitesse radiale, ses caractéristiques physiques (géante gazeuse en orbite très proche de son étoile) lui ont valu d’être rangée dans la catégorie déroutante des « Jupiter-Chaudes ». C’est en examinant sa pâle lueur avec le spectrographe sensible au rayonnement proche-infrarouge NIRSPEC (Near Infrared Echelle Spectrograph) dont est doté l’un des deux télescopes géants (10 m. de diamètre) de l’Observatoire Keck à Hawaï que Alexandra Lockwood et son équipe d’étudiants épaulée par le professeur en cosmochimie Geoffrey Blake (Caltech), ont pu caractériser les molécules piégées dans l’atmosphère de l’exoplanète. Après avoir mis en évidence la signature de monoxyde de carbone dans un milieu riche et varié dominé par l’hydrogène, les recherches de vapeur d’eau furent concluantes.

« Les informations collectées par le spectrographe NIRSPEC de l’Observatoire Keck c’est comme écouter jouer un orchestre ; vous entendez tous les instruments à la fois, mais si vous écoutez attentivement, vous pouvez isoler une trompette, un violon ou un violoncelle » illustre Lockwood. De la même façon, « avec le télescope, vous voyez toute la lumière à la fois et le spectrographe permet de choisir différents morceaux : telle longueur d’onde indique qu’il y’a du sodium et telle autre, qu’il y a de l’eau ». Même si pour l’instant, la technique restreint les recherches aux planètes géantes proche de leurs soleils, les scientifiques envisagent de s’« attaquer “bientôt aux super-Terres voire à toutes celles qui évoluent dans les ‘zones habitables ‘. Les ‘futurs télescopes comme le James Webb Space Telescope (JWST) et le Thirty Meter Telescope (TMT) vont nous permettre d’examiner des planètes plus froides qui sont plus éloignées de leur étoile-hôte, où l’eau liquide est susceptible d’exister’ déclare le professeur Blake. L’arrivée de ces titans associés aux instruments d’une sensibilité toujours plus aiguë promet de formidables découvertes dans ce champ de recherche en pleine explosion.

Image grand-champ de l'étoile Tau Bootis, distante de seulement 51 années-lumière
Image grand-champ de l’étoile Tau Bootis, distante de seulement 51 années-lumière, en direction du Bouvier (l’étoile est visible à l’œil nu)

Crédit photo : ESO et A. Lockwood (Caltech), D. Aguilar (CFA).

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