Un vaisseau spatial de 14 pouces fournit de nouveaux détails sur les « Jupiters chauds »

Un vaisseau spatial de la taille d'une boîte de céréales a collecté des mesures précises de l'atmosphère de grandes planètes gonflées appelées « Jupiters chauds ». Les résultats, menés par une équipe de l'Université du Colorado à Boulder, pourraient aider à révéler comment les atmosphères autour de ces mondes et de nombreux autres mondes s'échappent dans l'espace.

Ces observations sont les premiers résultats provenant d'un vaisseau spatial de la NASA, connu sous le nom de Colorado Ultraviolet Transit Experiment (CUTE).

Kevin France, chercheur principal de la mission, présentera les résultats du groupe lors d'un point de presse le lundi 11 décembre à 16h30 lors de la réunion 2023 de l'American Geophysical Union à San Francisco.

Le petit vaisseau spatial, qui ne mesure que 14 pouces de longueur, est peut-être mignon, mais ses découvertes scientifiques, publiées dans Le journal astronomique, sont tout sauf. Depuis son lancement en septembre 2021, CUTE a orienté son unique télescope ultraviolet vers une série de Jupiters chauds, à quelques centaines d'années-lumière de la Terre.

Les Jupiters chauds font partie des planètes les plus chaudes et les plus en colère de la galaxie. Comme leur nom l’indique, ce sont des géantes gazeuses comme notre propre Jupiter. Ces planètes, cependant, se rapprochent beaucoup plus de leurs étoiles d’origine, effectuant une orbite environ tous les plusieurs jours terrestres. Au cours du processus, le rayonnement stellaire cuit les Jupiters chauds à des milliers de degrés Fahrenheit, et leurs atmosphères gonflent jusqu'à atteindre des tailles énormes, un peu comme du pain qui lève dans un four.

Les chercheurs soupçonnent depuis longtemps que ces coups constants du rayonnement stellaire pourraient détruire l’atmosphère autour de certaines exoplanètes sur des millions, voire des milliards d’années. Les données de CUTE suggèrent que le processus n’est peut-être pas si simple.

L’équipe CUTE, qui comprend plusieurs étudiants du premier cycle et des cycles supérieurs, a observé jusqu’à présent sept Jupiters chauds, et d’autres sont en route. Certains d’entre eux semblent perdre leur atmosphère, mais d’autres non.

“Les planètes semblent se présenter sous toutes les formes”, a déclaré France, professeur agrégé au Laboratoire de physique atmosphérique et spatiale (LASP) et au Département des sciences astrophysiques et planétaires.

Il a ajouté que CUTE aide les scientifiques à élaborer leur guide de terrain sur les nombreux types de planètes qui existent dans la Voie lactée, y compris celles qui ne ressemblent en rien aux proches voisines de la Terre.

“Nous voulons comprendre comment notre système solaire s'inscrit dans la famille des systèmes solaires de l'univers”, a déclaré France. “Cela signifie comprendre les grandes planètes, les petites planètes, celles qui ont de la vie et celles qui n'en ont certainement pas, ainsi que tous les processus physiques importants qui se déroulent sur ces planètes.”

Il fait chaud ici

Le chemin du CUTE vers le succès scientifique n’a pas été facile.

Lorsque le vaisseau spatial est entré pour la première fois en orbite autour de la Terre, France et ses collègues ont rapidement remarqué qu'il semblait rencontrer quelques problèmes, un problème normal pour de nombreux petits satellites, ou CubeSats, qui testent souvent une technologie qui n'avait jamais été envoyée dans l'espace auparavant. Dans un cas, l'obturateur qui protégeait le télescope de CUTE n'arrêtait pas de se fermer alors qu'il n'était pas censé le faire.

L'équipe, composée de plusieurs étudiants du premier cycle et des cycles supérieurs, n'a pas abandonné. Les chercheurs ont ordonné au vaisseau spatial d’ouvrir son volet, puis ont vidé la batterie qui l’alimentait, empêchant ainsi l’appareil de se fermer à nouveau.

“CUTE continue de travailler et de collecter des données aujourd'hui”, a déclaré France. “Lorsque nous avons obtenu nos premiers vrais résultats scientifiques, c'était vraiment excitant.”

CUTE observe des planètes lointaines lorsqu'elles passent devant leurs étoiles d'origine, provoquant ainsi une atténuation de la lumière ultraviolette de ces étoiles. Dans certains cas, le vaisseau spatial est si précis qu’il peut détecter quand la lumière des étoiles diminue de seulement 1 %.

Dans un article publié en septembre dans Les lettres du journal astrophysique, les chercheurs ont décrit leurs observations d'un monde appelé WASP-189b. Cette planète orbite autour d’une étoile de la constellation de la Balance située à plus de 300 années-lumière, soit des milliers de milliards de kilomètres, de la Terre. Il est également incroyablement chaud, avec une atmosphère atteignant des températures d'environ 15 000 degrés Fahrenheit, selon les résultats de l'équipe. C'est des milliers de degrés de plus que la surface du soleil.

Les observations du CUTE suggèrent également que du gaz s'échappe autour de WASP-189b à un rythme tout aussi stupéfiant d'environ 400 millions de kilogrammes (près de 900 millions de livres) par seconde.

Les planètes évoluent

Toutes les planètes étudiées par CUTE au cours de ses deux premières années n’étaient pas aussi passionnantes. Dans des résultats non publiés, l'équipe a observé une deuxième planète appelée MASCARA-4b qui ne semblait pas perdre beaucoup de gaz. D’autres, comme KELT-9b, se situent quelque part au milieu.

La France et ses collègues espèrent que leurs résultats pourraient aider à découvrir pourquoi certaines planètes perdent de grandes parties de leur atmosphère, tandis que d'autres restent pratiquement inchangées. Il soupçonne que cela est dû à une combinaison des planètes elles-mêmes (les planètes plus grandes génèrent une attraction gravitationnelle plus forte) et de la dynamique de leurs étoiles (les étoiles plus actives font probablement plus de ravages sur les planètes que les étoiles calmes).

Ces mêmes processus peuvent potentiellement sculpter des planètes, à la fois dans et hors du système solaire terrestre, au fil du temps. Les scientifiques, par exemple, émettent l’hypothèse que Mars abritait autrefois une atmosphère beaucoup plus épaisse, mais que le soleil l’a érodée au fil des milliards d’années.

L'évasion atmosphérique peut également expliquer l'origine d'une classe de planètes connues sous le nom de « super Terres », légèrement plus grandes que notre propre monde.

“De nombreuses preuves suggèrent que les super Terres sont à l'origine des planètes de la taille de Neptune avec de grandes atmosphères gonflées, qui perdent ensuite tellement de masse qu'il ne reste plus que le noyau rocheux et éventuellement une fine atmosphère”, a déclaré la France.

Le plus grand héritage du CUTE pourrait être son impact sur les étudiants, a-t-il déclaré. La petite équipe de la mission, composée d'environ 20 personnes, a été impliquée dans presque tous les aspects de la vie du vaisseau spatial : de la construction du satellite à son lancement, en passant par l'envoi de commandes, puis le téléchargement et l'analyse des données scientifiques. CUTE est actuellement en orbite à environ 525 kilomètres au-dessus de la surface de la Terre et devrait rentrer dans l'atmosphère d'ici 2027.

“Toutes ces choses se produisent lors des grandes missions de la NASA, mais à une échelle beaucoup plus grande”, a déclaré la France. “Nos étudiants et scientifiques en début de carrière bénéficient d'une expérience complète depuis l'étape de la proposition jusqu'à la sortie du produit scientifique.”