Hubble de la NASA observe l'évolution de l'atmosphère d'une exoplanète sur 3 ans

En combinant plusieurs années d'observations du télescope spatial Hubble de la NASA et en effectuant une modélisation informatique, les astronomes ont trouvé des preuves de cyclones massifs et d'autres activités météorologiques dynamiques tourbillonnant sur une planète chaude de la taille de Jupiter, située à 880 années-lumière.

La planète, appelée WASP-121 b, n'est pas habitable. Mais ce résultat constitue une première étape importante dans l’étude des régimes météorologiques sur des mondes lointains, et peut-être éventuellement dans la découverte d’exoplanètes potentiellement habitables avec des climats stables à long terme.

Au cours des dernières décennies, des observations détaillées au télescope et par satellite des planètes voisines de notre système solaire montrent que leurs atmosphères turbulentes ne sont pas statiques mais changent constamment, tout comme la météo sur Terre. Cette variabilité devrait également s’appliquer aux planètes autour d’autres étoiles. Mais il faut beaucoup d’observations détaillées et de modélisation informatique pour mesurer réellement ces changements.

Pour faire cette découverte, une équipe internationale d'astronomes a rassemblé et retraité les observations Hubble de WASP-121 b prises en 2016, 2018 et 2019.

Ils ont découvert que la planète possède une atmosphère dynamique qui évolue avec le temps. L'équipe a utilisé des techniques de modélisation sophistiquées pour démontrer que ces variations temporelles spectaculaires pouvaient s'expliquer par les conditions météorologiques de l'atmosphère de l'exoplanète.

L'équipe a découvert que l'atmosphère de WASP-121 b présente des différences notables entre les observations. Le plus dramatique est qu’il pourrait y avoir des fronts météorologiques massifs, des tempêtes et des cyclones massifs qui seraient créés et détruits à plusieurs reprises en raison de la grande différence de température entre la face faisant face aux étoiles et la face sombre de l’exoplanète. Ils ont également détecté un décalage apparent entre la région la plus chaude de l'exoplanète et le point de la planète le plus proche de l'étoile, ainsi qu'une variabilité dans la composition chimique de l'atmosphère de l'exoplanète (telle que mesurée par spectroscopie).

L’équipe est parvenue à ces conclusions en utilisant des modèles informatiques pour aider à expliquer les changements observés dans l’atmosphère de l’exoplanète. “Les détails remarquables de nos simulations de l'atmosphère des exoplanètes nous permettent de modéliser avec précision la météo sur des planètes ultra-chaudes comme WASP-121 b”, a expliqué Jack Skinner, chercheur postdoctoral au California Institute of Technology de Pasadena, en Californie, et co-responsable de l'étude. de cette étude. “Ici, nous faisons un pas en avant significatif en combinant les contraintes d'observation avec des simulations atmosphériques pour comprendre les conditions météorologiques qui varient dans le temps sur ces planètes.”

“Il s'agit d'un résultat extrêmement passionnant alors que nous progressons dans l'observation des conditions météorologiques sur les exoplanètes”, a déclaré l'un des principaux chercheurs de l'équipe, Quentin Changeat, chercheur de l'Agence spatiale européenne au Space Telescope Science Institute de Baltimore, Maryland. “L'étude de la météo des exoplanètes est essentielle pour comprendre la complexité des atmosphères des exoplanètes sur d'autres mondes, en particulier dans la recherche d'exoplanètes offrant des conditions habitables.”

L'ouvrage est publié sur le arXiv serveur de préimpression.

WASP-121 b est si proche de son étoile mère que la période orbitale n'est que de 1,27 jours. Cette proximité signifie que la planète est verrouillée par les marées, de sorte que le même hémisphère fait toujours face à l'étoile, de la même manière que notre Lune a toujours le même côté pointé vers la Terre. Les températures diurnes approchent les 3 450 degrés Fahrenheit (2 150 degrés Kelvin) du côté de la planète faisant face aux étoiles.

L’équipe a utilisé quatre séries d’observations d’archives Hubble de WASP-121 b. L'ensemble de données complet comprenait des observations de WASP-121 b transitant devant son étoile (prises en juin 2016) ; WASP-121 b passant derrière son étoile, également connue sous le nom d'éclipse secondaire (prise en novembre 2016) ; et la luminosité de WASP-121 b en fonction de son angle de phase par rapport à l'étoile (la quantité variable de lumière reçue sur Terre par une exoplanète alors qu'elle orbite autour de son étoile mère, similaire au cycle de phase de notre lune). Ces données ont été prises respectivement en mars 2018 et février 2019.

“L'ensemble de données assemblé représente une durée d'observation importante pour une seule planète et constitue actuellement le seul ensemble cohérent de telles observations répétées”, a déclaré Changeat. Les informations que nous avons extraites de ces observations ont été utilisées pour déduire la chimie, la température et les nuages ​​de l’atmosphère de WASP-121 b à différents moments. Cela nous a fourni une image exquise de l’évolution de la planète au fil du temps. »

Les capacités uniques de Hubble sont également évidentes dans le vaste éventail de programmes scientifiques qu'il permettra grâce à ses observations du cycle 31, qui ont débuté le 1er décembre. Environ les deux tiers du temps de Hubble seront consacrés aux études d'imagerie, tandis que le reste sera consacré aux études de spectroscopie. , comme ceux utilisés pour WASP-121 b. Plus de détails sur les sciences du cycle 31 figurent dans une annonce récente.