Premier regard sur l’atmosphère d’une super-Terre

Plusieurs atmosphères de planètes géantes ont pu être étudiées et désormais, c’est au tour de super-Terres proches de leur étoile. 55 Cancri e, surnommée la « planète de diamant », est la première.

Prés de quinze ans après les premières mesures de l’atmosphère d’une planète géante dans un autre Système solaire, en l’occurrence HD 209458 b, Hubble a permis de caractériser pour la première fois (après deux précédentes tentatives non concluantes) celle d’une super-Terre. De taille et de masse intermédiaire entre une planète géante de type Jupiter et une boule rocheuse comme la Terre, cette catégorie d’exoplanète serait statistiquement très courante au sein des galaxies.

C’est grâce à l’instrument WFC3 (Wide Field Camera 3) greffé sur le télescope spatial en 2009 et une nouvelle technique de traitement des spectres obtenus, qu’une équipe d’astrophysiciens de l’UCL (University College London) a pu déterminer la composition de l’enveloppe gazeuse de ce corps situé à une quarantaine d’années-lumière seulement, soit presque 10 fois la distance qui sépare le Soleil de Proxima du Centaure.

Une possible exoplanète de diamant

La cible est déjà bien connue des astronomes. Il s’agit de 55 Cancri e alias Janssen*, une planète huit fois plus massive que la Terre qui, à partir de 2012, fut surnommée la « planète de diamant » car des modèles se référant à son rayon et à sa masse ont spéculé qu’elle est très riche en carbone.

Cette super-Terre appartient à un système multiple de cinq planètes connues parmi lesquelles trois géantes. Leur étoile-parent, 55 Cancri A (alias Copernic*) ressemble au Soleil, avec un milliard d’années de plus. La naine rouge juste à côté (à environ 1.000 UA), 55 Cancri B, compose avec elle un couple stellaire qui, par une belle nuit noire, est presque visible à l’œil nu dans la constellation du Cancer (Cancri).

Pour pouvoir sonder l’atmosphère d’un corps lointain, quoi de mieux qu’une grosse Terre en transit devant son étoile, qui plus est, qui gravite très près, et en seulement quelques heures, comme le fait 55 Cancri e. Bien entendu, dans ces conditions extrêmes où la température culmine tout au long de l’année de 18 heures autour de 2.000 °C, toute habitabilité est exclue. Surtout qu’en plus de ça, comme on va le voir, l’air est très toxique !

super-Terre 55 Cancri e
Illustration de 55 Cancri e, _alias_ Janssen, passant devant son étoile. Avec une atmosphère riche en cyanure d’hydrogène et surtout, des températures qui atteignent 2.000 °C tout au long de l’année de 18 heures, il ne fait pas bon vivre sur cette super-Terre située à seulement 40 années-lumière de nous ! — Crédit : ESA, Hubble, M. Kornmesser

Que nous dit alors l’atmosphère de cette super-Terre ?

L’étude à paraître dans Astrophysical Journal révèle une abondance d’hydrogène et d’hélium et aucune trace notable de vapeur d’eau. Pour Angelos Tsiaras, de l’UCL, « les observations de l’atmosphère de 55 Cancri e suggèrent que la planète a réussi à accrocher à une quantité importante d’hydrogène et d’hélium de la nébuleuse où elle s’est formée. » Les chercheurs ont été frappés par la présence importante de cyanure d’hydrogène, un marqueur d’atmosphère riche en carbone, « cela nous indique un taux de carbone sur oxygène très élevé » souligne Olivia Venot, de l’université de Leuven (Belgique), qui a produit récemment un modèle en accord avec ces observations.

Une composante très intéressante car, comme l’explique Jonathan Tennyson, également de l’UCL, « si la présence de cyanure d’hydrogène et d’autres molécules est confirmée dans les prochaines années par la nouvelle génération de télescopes infrarouges, cela appuierait la théorie que cette planète est effectivement un endroit riche en carbone et très exotique ».

Patience, patience donc : le télescope spatial James Webb (JWST) devrait partir en 2018, si tout va bien. Nul doute que 55 Cancri e fera parmi de ses cibles planétaires privilégiées. Idem pour la mission WFIRST (Wide-Field Infrared Survey Telescope) dont la Nasa vient d’annoncer le coup d’envoi de sa conception. Le satellite sondera l’univers et aussi les mondes lointains dans l’infrarouge dans un champ 100 fois plus étendu que celui d’Hubble. Lancement prévu au milieu des années 2020.

* Depuis décembre 2015, dans le cadre du concours international NameExoWorld initié par l’Union astronomique internationale (UAI), 55 Cancri e s’appelle aussi Janssen, du nom d’un lunetier allemand de la Renaissance, Zacharias Janssen (v.1580-v.1630), possible inventeur de la lunette astronomique et du microscope. L’étoile 55 Cancri A a été baptisée Copernic et les autres planètes du système, 55 Cancri b, c, d et f : Galilée, Brahé, Lipperhey et Harriot. Voir tous les autres noms validés ici.

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