Les astronomes dissipent le brouillard des atmosphères d’exoplanètes avec une nouvelle méthode de détection des nuages

Hannah Robbins

Des nuages de sable se forment chaque matin mais se dissipent à la tombée de la nuit sur WASP-94A b, une géante gazeuse bien étudiée située dans une constellation à près de 700 années-lumière de la Terre. 

Cette recherche, qui utilise les données du télescope spatial James Webb (JWST), est parmi les premières à détecter des cycles nuageux sur une exoplanète de type Jupiter chaude. En isolant les nuages, les chercheurs peuvent mesurer plus précisément l’atmosphère de la planète et fournir l’une des images les plus claires à ce jour de sa composition — une avancée significative en science planétaire.

« J’étudie les exoplanètes depuis 20 ans, et la nébulosité générale a été une épine dans notre pied. Nous savons depuis un certain temps que les nuages sont omniprésents sur les planètes de type Jupiter chaude, ce qui est ennuyeux car c’est comme essayer de regarder la planète à travers une fenêtre embuée », a déclaré le co-auteur et chercheur principal du programme, David Sing, professeur distingué Bloomberg en sciences de la Terre et planétaires à Johns Hopkins. « Non seulement nous avons pu clarifier la vue, mais nous pouvons enfin déterminer de quoi sont faits les nuages et comment ils se condensent et s’évaporent en se déplaçant autour de la planète. »

Pour étudier WASP-94A b dans la constellation du Microscope, Sing et son équipe de chercheurs ont recueilli des données alors que la planète passait directement devant son étoile. En utilisant le puissant JWST spatial, les chercheurs ont pu prendre des mesures séparées du bord avant de WASP-94A b alors qu’elle commençait à traverser devant l’étoile et du bord arrière lorsque la planète terminait son transit. Au bord avant, l’air circule du côté nuit de la planète vers le côté jour, ce qui en fait le matin. Au bord arrière, l’air circule du jour vers la nuit, ce qui en fait le soir.

Les observations ont révélé que les matins et les soirs sur WASP-94A b présentent des conditions météorologiques extrêmement différentes : les matins sont criblés de nuages de silicate de magnésium, un minéral courant dans les roches, tandis que le soir a un ciel dégagé. 

Les chercheurs pensent que l’une des deux choses pourrait se produire. Des vents puissants pourraient soulever les nuages haut dans le ciel du côté plus froid de la planète, puis plonger vers le bas du côté jour plus chaud, entraînant les nuages profondément dans l’intérieur de la planète et les enfouissant hors de vue avant le coucher du soleil. Alternativement, le phénomène pourrait ressembler au brouillard matinal qui se dissipe sur Terre, mais à une échelle extrême. Les nuages se formeraient dans l’obscurité du côté nuit de la planète. En dérivant dans la chaleur torride de plus de 1 000 degrés du côté jour, les produits chimiques qui composent les nuages s’évaporent, et les nuages se vaporisent simplement.

« C’était une énorme surprise. Les gens s’attendaient à quelques différences, comme qu’il fasse plus frais le matin que le soir — c’est quelque chose de naturel que nous vivons ici sur Terre », a expliqué Sing. « Mais ce que nous avons vu était une véritable dichotomie entre la météo des deux côtés de la planète, et d’énormes différences dans la couverture nuageuse, ce qui change toute notre image de la planète. »  

Parce que les soirs sont exempts de nuages, les chercheurs ont pu regarder spécifiquement le bord arrière pour voir à quoi ressemblait l’atmosphère de la planète — quelque chose que le télescope Hubble ne pouvait pas fournir. 

« Avec le télescope Hubble, quand nous faisions ce type d’observation, nous obtenions une vue moyenne de toute la planète avec des données des nuages et de l’atmosphère mélangées et indiscernables », a déclaré le premier auteur Sagnick Mukherjee, chercheur postdoctoral à l’Université d’État de l’Arizona, qui était étudiant à Johns Hopkins et à l’UC Santa Cruz au moment de la recherche. « Cette approche avec le JWST nous permet de localiser nos observations, ce qui nous a aidés à voir le cycle nuageux. »

Lorsque les chercheurs ont examiné le ciel clair du soir, ils ont découvert que WASP-94A b ressemblait beaucoup plus à Jupiter qu’ils ne le pensaient. Auparavant, lorsque les nuages étaient moyennés, les données suggéraient que la planète était composée de centaines de fois plus d’oxygène et de carbone que Jupiter — une découverte qui a déconcerté les chercheurs car elle ne pouvait pas être expliquée par la théorie de la formation planétaire. Les nouvelles données montrent cependant que WASP-94A b ne contient que cinq fois la quantité d’oxygène et de carbone.

Les planètes de type Jupiter chaude orbitent beaucoup plus près de leur étoile — encore plus près que Mercure du Soleil — et sont donc beaucoup plus chaudes et exposées à plus de rayonnement. En raison de leurs environnements extrêmes, ces planètes constituent également de bons laboratoires pour étudier la chimie et la physique de la dynamique des nuages. 

En utilisant WASP-94A b comme référence, l’équipe a examiné huit autres géantes gazeuses chaudes et a découvert le même cycle nuageux distinctif sur deux autres mondes : WASP-39 b et WASP-17 b. Ensuite, Sing et son équipe utiliseront les données d’un nouveau grand programme JWST pour étudier le cycle nuageux sur une grande variété d’exoplanètes, y compris une planète géante gazeuse excentrique dans la zone habitable.

Article : Cloudy mornings and clear evenings on a gas giant exoplanet – Journal : Science – DOI : Lien vers l’étude

Source : Johns Hopkins U.