WASP-76b est un Jupiter ultra-chaud à environ 640 années-lumière de la Terre dans la constellation des Poissons. Il y a quelques années, il a acquis une notoriété pour être si chaud que le fer tombe sous forme de pluie. Il est verrouillé par la marée sur son étoile, et l’hémisphère de la planète face à l’étoile peut atteindre des températures aussi élevées que 2400 degrés Celsius, bien au-dessus du point de fusion du fer à 1538 °C.
Les scientifiques étudient la planète depuis sa découverte en 2013, et de nouvelles preuves suggèrent qu’il fait encore plus chaud que prévu. Mais, presque décevant, il pourrait ne pas y avoir de pluie de fer après tout.
Vue d’artiste de l’exoplanète WASP-76b. Image : ESO/M. Kornmesser
La découverte que WASP-76b pourrait être encore plus chaude que prévu est basée sur des observations pluriannuelles de l’exoplanète. Un nouvel article basé sur certaines de ces observations est publié dans Les lettres du journal astrophysique. Son titre est « Détection de calcium ionisé dans l’atmosphère du Jupiter ultra-chaud WASP-76b. » Emily Deibert, étudiante au doctorat à l’Université de Toronto, est la première auteure de l’article.
L’étude des exoplanètes est dans un endroit intéressant. Les astronomes développent de nouvelles façons de trouver plus d’exoplanètes et de commencer à étudier leurs atmosphères. La nouvelle recherche est basée sur un projet appelé ExoGemS—Exoplanets with Gemini Spectroscopy. Il utilise le télescope Gemini North sur le Mauna Kea et un spectrographe haute résolution pour explorer la diversité des atmosphères des exoplanètes. L’enquête ExoGemS est destinée à étudier au moins 30 exoplanètes d’intérêt pour les astronomes, avec WASP-76b servant de référence pour l’enquête.
« Alors que nous effectuons la télédétection de dizaines d’exoplanètes, couvrant une gamme de masses et de températures », a déclaré le co-auteur Ray Jayawardhana, « nous développerons une image plus complète de la véritable diversité des mondes extraterrestres – de ceux assez chauds pour abriter du fer pluie à d’autres avec des climats plus tempérés, de ceux plus lourds que Jupiter à d’autres pas beaucoup plus gros que la Terre.
Une illustration d’un Jupiter chaud en orbite près de son étoile. Crédit d’image : ESA/ATG medialab, CC BY-SA 3.0 IGO
« Il est remarquable qu’avec les télescopes et les instruments d’aujourd’hui, nous pouvons déjà en apprendre beaucoup sur les atmosphères – leurs constituants, leurs propriétés physiques, la présence de nuages et même les modèles de vent à grande échelle – des planètes en orbite autour d’étoiles à des centaines d’années-lumière, » Jayawardhana a déclaré dans un communiqué de presse.
WASP-76b a attiré l’attention en raison d’une étude précédente qui a révélé qu’il pouvait faire pleuvoir du fer. La température diurne est suffisamment élevée pour vaporiser le fer, tandis que la température nocturne est suffisamment basse pour que le fer se condense en pluie. L’idée était que quelque part près du terminateur de la planète verrouillée par les marées, le fer se condenserait en liquide et tomberait à la surface.
Ce n’est peut-être pas vrai, mais nous y viendrons. Cette nouvelle recherche montre que WASP-76b pourrait en fait être plus chaud que prévu. Elle découle de la découverte d’un rare trio de raies spectroscopiques de calcium ionisé dans l’atmosphère.
L’exoplanète a une atmosphère complexe et les astronomes l’étudient à des centaines d’années-lumière, de sorte que les conclusions ne sont probablement pas définitives. Dans leur article, les auteurs disent que WASP-76b a probablement une atmosphère qui s’échappe et que l’hydrodynamique de l’atmosphère affecte les raies du calcium ionisé dans la spectrométrie. « La température plus élevée conduirait alors à une production accrue de calcium ionisé et donc à de fortes caractéristiques d’absorption », écrivent-ils.
« Nous voyons tellement de calcium ; c’est une caractéristique vraiment forte », a déclaré la première auteure Emily Deibert, étudiante au doctorat à l’Université de Toronto, dont le conseiller est Jayawardhana. « Cette signature spectrale du calcium ionisé pourrait indiquer que l’exoplanète a des vents très forts dans la haute atmosphère », a déclaré Deibert. « Ou la température atmosphérique sur l’exoplanète est beaucoup plus élevée que nous ne le pensions. »
Il y a une quantité éblouissante de détails dans cette figure de l’étude, mais les creux représentent les trois raies spectroscopiques du calcium ionisé. Crédit d’image: Deibert et al 2021.
Le fer qui a tant attiré l’attention pourrait être en partie responsable de la chaleur extrême, sous l’une de ses formes. Une autre forme de fer, avec le magnésium, pourrait également rendre difficile le refroidissement de l’atmosphère. « Les mécanismes identifiés conduisant à des augmentations de température dans les atmosphères des Jupiters ultra-chauds sont la photoionisation des métaux et le NLTE <équilibre thermodynamique non local effets sous la forme d’une surpopulation d’espèces responsables du réchauffement (par exemple, Fe ii) ainsi que d’une sous-population d’espèces responsables du refroidissement (par exemple, Fe i et Mg).
WASP-76b est probablement la seule planète du système, et elle a environ 92% de la masse de Jupiter. Il a une période orbitale de moins de deux jours. Ses transits fréquents en font une bonne cible d’étude. Les auteurs de cette recherche ont l’intention d’étudier plus largement l’exoplanète. « Dans un prochain article, nous analyserons toute la gamme spectrale couverte par ces observations et rechercherons l’absorption grâce à une suite d’espèces atomiques, ioniques et moléculaires modélisées à haute résolution… », écrivent-ils.
Et la pluie de fer ?
Il est largement rapporté que WASP-76b fait pleuvoir du fer en fusion. Mais selon une étude distincte, cela pourrait ne pas être le cas.
Dans un article intitulé « Pas besoin de parapluie : confronter l’hypothèse d’une pluie de fer sur WASP-76b avec des modèles de circulation générale post-traités”, une équipe de chercheurs affirme que les pluies de fer sont peu probables et que quelque chose d’autre peut expliquer les observations.
Cette équipe, avec le premier auteur Arjun Savel, souligne que WASP-76b est la première fois qu’une pluie de fer est postulée dans une atmosphère d’exoplanète. « L’interprétation susmentionnée du gradient de la chimie du fer serait la première du genre parmi les atmosphères d’exoplanètes », écrivent-ils. Selon eux, il y a une autre explication, et c’est peut-être plus probable.
Ils disent que les données montrant des pluies de fer pourraient s’expliquer par la température. « Cependant, la nécessité d’un gradient chimique pour expliquer les observations existantes a été remise en question par les modèles avancés de Wardenier et al. (2021), qui calculent de manière cohérente les spectres de transmission à partir d’un modèle 3D de cette planète et constatent que la condensation du fer ou une asymétrie de température significative pourraient correspondre à la théorie d’Ehrenreich et al. (2020) données.
L’asymétrie de température qu’ils mentionnent se situe entre les bords avant et arrière de l’atmosphère. Malheureusement, les données existantes ne permettent pas de faire la différence entre les pluies de fer réelles et l’asymétrie de température. Il y a un autre problème avec les données. Il s’avère que l’étoile WASP-76 peut avoir un compagnon stellaire à environ 85 UA. La lumière de cette étoile peut avoir été présente dans une partie de la spectroscopie Hubble originale de WASP-76b, encrassant les données.
L’illustration de cet artiste montre une planète suffisamment chauffée pour faire fondre les métaux. Crédit image : NASA, ESA et G. Bacon (STSci)
Ils soulignent également que les atmosphères ultra-chaudes de Jupiter ne sont pas propices aux nuages de Fe. « De plus, les nuages de Fe ne sont pas nécessairement favorisés dans les atmosphères chaudes de Jupiter ; les modèles microphysiques indiquent que le taux de nucléation de Fe est faible, provoquant la séquestration des nuages de Fe profondément dans l’atmosphère.
Un autre article, de 2021, intitulé «Décomposition du signal de corrélation croisée du fer du Jupiter ultra-chaud WASP-76b en transmission à l’aide du transfert radiatif Monte-Carlo 3D», s’oppose également à la conclusion de la pluie de fer. Dans cet article, les auteurs écrivent « Nous montrons également que le signal de fer publié précédemment de WASP-76b peut être reproduit par un modèle présentant une condensation de fer sur le membre principal. Alternativement, le signal peut s’expliquer par une asymétrie de température substantielle entre les membres arrière et avant, où la condensation du fer n’est pas strictement requise pour correspondre aux données.
Pour être juste envers les chercheurs qui ont initialement suggéré la présence de pluie de fer sur WASP-76b, ils ont seulement dit que c’était une possibilité en raison des données dont ils disposaient. Les titres ont suggéré que c’était une affaire conclue, mais c’est ainsi que fonctionnent les titres. David Ehrenreich, professeur au Département d’astronomie de la Faculté des sciences de l’Université de Genève, en Suisse, était l’auteur principal de cet article.
Dans leur article, ils ont déclaré que leurs résultats peuvent s’expliquer de deux manières, et qu’une seule d’entre elles implique une pluie de fer. Les résultats « … peuvent s’expliquer par une combinaison de rotation planétaire et de vent soufflant du côté chaud du jour », d’une part. D’un autre côté, « … aucun signal ne provient du côté nuit près du terminateur du matin, montrant que le fer atomique n’absorbe pas la lumière des étoiles là-bas. » Mais comme nous l’avons vu, l’absence de signal de fer pourrait être due à une asymétrie de température.
Donc pour l’instant, personne n’est sûr qu’il y ait une planète si chaude qu’il pleut du fer. Mais ce serait certainement intéressant. Des instruments plus puissants, comme le futur télescope spatial James Webb, devraient nous aider à le savoir à coup sûr.
Référence:
EK Deibert, et al. « Détection de calcium ionisé dans l’atmosphère du Jupiter ultra-chaud WASP-76b« . Les lettres du journal astrophysique 919.2 (2021) : L15. [arXiv e-print]
La source: Univers aujourd’hui, par Evan Gough.
