Une petite exoplanète froide et sulfureuse pourrait aider à écrire la recette de la formation planétaire

Une surprenante brume jaune de dioxyde de soufre dans l’atmosphère d’une exoplanète « naine » gazeuse située à environ 96 années-lumière de notre propre système solaire fait de cette planète une cible de choix pour les scientifiques qui tentent de comprendre comment les mondes se forment.

Les astronomes ont découvert la planète GJ 3470 b en 2012, lorsque son ombre a traversé l'étoile sur laquelle elle orbite. GJ 3470 b est situé dans la constellation du Cancer et fait environ la moitié de la taille de Neptune, avec une masse 10 fois supérieure à celle de la Terre. Dans les années qui ont suivi, les chercheurs ont compilé des données sur la planète à l'aide des télescopes spatiaux Hubble et Spitzer, aboutissant à deux observations récentes avec le télescope spatial James Webb.

Les planètes situées en dehors de notre système solaire, appelées exoplanètes, comme GJ 3470 b, sont des sujets intéressants pour les chercheurs qui étudient la création des planètes. Idéalement, les astronomes captent la lumière d’une étoile qui brille à travers les limites de l’atmosphère de la planète. Cela leur permet d'assembler une mesure de la composante lumineuse, ou de son spectre, une lecture marquée par des pics et des creux caractéristiques des molécules intéressantes trouvées dans cette atmosphère.

“Le fait est que tout le monde regarde ces planètes, et souvent tout le monde voit des lignes plates”, explique Thomas Beatty, professeur d'astronomie à l'Université du Wisconsin-Madison. “Mais lorsque nous avons observé cette planète, nous n'avons pas vraiment obtenu de ligne plate.”

Ils ont vu des preuves de la présence d'eau, de dioxyde de carbone, de méthane et de dioxyde de soufre, découvertes que Beatty a présentées aujourd'hui à Madison lors de la 244e réunion de l'American Astronomical Society et qu'il publiera bientôt dans Lettres de journaux astrophysiques avec des co-auteurs de l'Arizona State University, de l'Université de l'Arizona, du Ames Research Center de la NASA et d'autres organisations. Le document est disponible sur arXiv serveur de préimpression.

GJ 3470 b est l’exoplanète la plus légère et la plus froide (avec une moyenne de seulement 325 degrés Celsius, ou plus de 600 Fahrenheit) à héberger du dioxyde de soufre. Ce composé est probablement le signe de réactions chimiques actives dans l'atmosphère de la planète, créées lorsque le rayonnement de son étoile proche détruit les composants du sulfure d'hydrogène, qui partent ensuite à la recherche de nouveaux partenaires moléculaires.

“Nous ne pensions pas voir du dioxyde de soufre sur des planètes aussi petites, et c'est excitant de voir cette nouvelle molécule dans un endroit auquel nous ne nous attendions pas, car elle nous donne une nouvelle façon de comprendre comment ces planètes se sont formées.” » déclare Beatty, qui a travaillé comme instrumentiste sur le télescope spatial James Webb avant de rejoindre la faculté UW-Madison. “Et les petites planètes sont particulièrement intéressantes, car leur composition dépend vraiment de la manière dont le processus de formation des planètes s'est produit.”

Diviser ce processus est l'un des objectifs des recherches de Beatty. C'est un peu comme espionner un boulanger seulement au début de son travail, puis de nouveau à l'heure du dessert.

« Disposés sur notre table, nous avons tous les ingrédients qui entrent dans la composition d'un gâteau, et nous avons un gâteau fini », dit-il. “Maintenant, pouvons-nous comprendre la recette, les étapes qui ont transformé les matières premières en produit final, en mesurant le contenu du gâteau.”

Les astronomes comme Beatty espèrent pouvoir y parvenir : découvrir la recette de la formation des planètes en observant ce que contiennent les exoplanètes.

“La découverte de dioxyde de soufre sur une planète aussi petite que GJ 3470 b nous donne un élément important de plus dans la liste des ingrédients de la formation planétaire”, explique Beatty.

Dans le cas du GJ 3470 b, il existe également d’autres fonctionnalités intéressantes qui pourraient aider à compléter cette recette. L'orbite de la planète autour de son étoile la mène presque au-dessus des pôles de l'étoile, ce qui signifie qu'elle tourne à un angle de 90 degrés par rapport à la trajectoire attendue des planètes dans le système. Il est également étonnamment proche de l'étoile, suffisamment proche pour que la lumière de son étoile projette de grandes quantités de l'atmosphère de GJ 3470 b dans l'espace. La planète a probablement perdu environ 40 % de sa masse depuis sa formation.

L'orbite rapprochée et décalée est un signe que GJ 3470 b se trouvait ailleurs dans son système et qu'à un moment donné, la planète s'est retrouvée mêlée à la gravité d'une autre et a été entraînée dans une nouvelle trajectoire qui l'a finalement réglée. dans un autre quartier.

“Cette histoire de migration qui a conduit à cette orbite polaire et à la perte de toute cette masse, ce sont des choses que nous ne connaissons généralement pas sur les autres cibles exoplanètes que nous observons”, explique Beatty. “Ce sont des étapes importantes dans la recette qui a créé cette planète particulière et peuvent nous aider à comprendre comment sont créées des planètes comme celle-ci.”

Avec une analyse plus approfondie des ingrédients qui restent dans l'atmosphère de la planète et l'aide de collègues comme ceux du Wisconsin Center for Origins Research de l'UW-Madison, spécialisés dans les disques protoplanétaires et la dynamique de migration, GJ 3470 b pourrait aider Beatty et d'autres à comprendre comment les planètes comme si ça devenait si appétissant – du moins du point de vue des astronomes.