Grâce au Very Large Telescope de l’Observatoire européen austral (VLT de l’ESO), des astronomes ont découvert l’élément le plus lourd jamais trouvé dans l’atmosphère d’une exoplanète : le baryum. Ils ont été surpris de découvrir du baryum à haute altitude dans les atmosphères des géantes gazeuses ultra-chaudes WASP-76 b et WASP-121 b — deux exoplanètes, des planètes qui orbitent autour d’étoiles en dehors de notre système solaire. Cette découverte inattendue soulève des questions sur ce que peuvent être ces atmosphères exotiques.
« La partie déroutante et contre-intuitive est : pourquoi y a-t-il un élément si lourd dans les couches supérieures de l’atmosphère de ces planètes ? » déclare Tomás Azevedo Silva, doctorant à l’Université de Porto et à l’Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA) au Portugal qui a dirigé l’étude publiée aujourd’hui dans Astronomy & Astrophysics.
WASP-76 b et WASP-121 b ne sont pas des exoplanètes ordinaires. Les deux sont connus sous le nom de Jupiters ultra-chauds car ils sont de taille comparable à Jupiter tout en ayant des températures de surface extrêmement élevées dépassant les 1000°C. Cela est dû à leur proximité avec leurs étoiles hôtes, ce qui signifie également qu’une orbite autour de chaque étoile ne prend qu’un à deux jours. Cela donne à ces planètes des caractéristiques plutôt exotiques ; dans WASP-76 b, par exemple, les astronomes soupçonnent qu’il pleut du fer.
Mais même ainsi, les scientifiques ont été surpris de trouver du baryum, qui est 2,5 fois plus lourd que le fer, dans les hautes atmosphères de WASP-76 b et WASP-121 b. « Compte tenu de la forte gravité des planètes, on s’attendrait à ce que des éléments lourds comme le baryum tombent rapidement dans les basses couches de l’atmosphère », explique le co-auteur Olivier Demangeon, chercheur également de l’Université de Porto et de l’IA.
« C’était en quelque sorte une découverte ‘accidentelle' », explique Azevedo Silva. « Nous n’attendions ni ne recherchions de baryum en particulier et nous avons dû vérifier qu’il provenait réellement de la planète car il n’avait jamais été vu sur aucune exoplanète auparavant. »
Le fait que du baryum ait été détecté dans les atmosphères de ces deux Jupiters ultra-chauds suggère que cette catégorie de planètes pourrait être encore plus étrange qu’on ne le pensait auparavant. Bien que nous voyions parfois du baryum dans notre propre ciel, comme la couleur verte brillante des feux d’artifice, la question pour les scientifiques est de savoir quel processus naturel pourrait amener cet élément lourd à se trouver à des altitudes aussi élevées dans ces exoplanètes. « Pour le moment, nous ne savons pas quels sont les mécanismes », explique Demangeon.
Dans l’étude des atmosphères d’exoplanètes, les Jupiter ultra-chauds sont extrêmement utiles. Comme l’explique Demangeon : « Étant gazeuses et chaudes, leurs atmosphères sont très étendues et sont donc plus faciles à observer et à étudier que celles de planètes plus petites ou plus froides. »
Déterminer la composition de l’atmosphère d’une exoplanète nécessite un équipement très spécialisé. L’équipe a utilisé l’instrument ESPRESSO sur le VLT de l’ESO au Chili pour analyser la lumière des étoiles qui avait été filtrée à travers les atmosphères de WASP-76 b et WASP-121 b. Cela a permis d’y détecter clairement plusieurs éléments, dont le baryum.
Ces nouveaux résultats montrent que nous n’avons fait qu’effleurer la surface des mystères des exoplanètes. Avec de futurs instruments tels que le spectrographe à haute résolution ArmazoNes High Dispersion Echelle Spectrograph (ANDES), qui fonctionnera sur le prochain télescope extrêmement grand (ELT) de l’ESO, les astronomes pourront étudier les atmosphères d’exoplanètes grandes et petites, y compris celles des planètes rocheuses. semblable à la Terre, beaucoup plus en profondeur et pour recueillir plus d’indices sur la nature de ces mondes étranges.
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