Une super-Terre infernale défie toute logique en conservant son atmosphère

Une découverte qui bouscule nos certitudes

C’est le genre de nouvelle qui fait lever un sourcil aux astronomes, même les plus chevronnés. En utilisant le fameux télescope spatial James Webb (JWST) de la NASA, des chercheurs ont repéré quelque chose que, franchement, peu de gens s’attendaient à voir : une atmosphère épaisse accrochée à une planète rocheuse où la chaleur est pourtant insoutenable.

Ce monde lointain se nomme TOI-561 b. C’est une « super-Terre » à période ultra-courte qui file autour de son étoile à une vitesse folle, bouclant une orbite complète toutes les 10,5 heures. Imaginez un peu la vitesse. À cause de cette proximité, elle a une face verrouillée dans un jour éternel et l’autre plongée dans une nuit permanente.

La sagesse conventionnelle — ce qu’on apprend dans les manuels, disons — voudrait qu’une planète aussi petite, aussi chaude et aussi proche de son étoile soit complètement dépouillée. Elle devrait être nue, sans gaz. Or, les données du Webb suggèrent tout le contraire : une couverture de gaz riche en volatils tient bon. C’est assez incroyable.

Comme l’explique Nicole Wallack, co-autrice de l’étude et chercheuse à l’Université Carnegie Mellon : « D’après ce que nous savons sur d’autres systèmes, les astronomes auraient prédit qu’une planète comme celle-ci est trop petite et chaude pour retenir sa propre atmosphère. Mais nos observations suggèrent qu’elle est entourée d’une couverture de gaz relativement épaisse. »

Une énigme de densité et de formation

Sur le papier, TOI-561 b était déjà un cas étrange avant même qu’on y ajoute cette histoire d’atmosphère. Elle est moins dense que ce qu’un mélange typique de roche et de fer laisserait présager pour une Terre, ce qui laisse supposer quelque chose d’inhabituel à l’intérieur, ou peut-être à l’extérieur.

Johanna Teske, l’autrice principale, précise d’ailleurs : « Ce n’est pas ce que nous appelons une super-puff — ou planète

Le thermomètre ne ment pas : il fait « trop » froid

Pour faire la différence entre un simple caillou nu et un monde emmitouflé dans des gaz, l’équipe a utilisé le spectrographe proche infrarouge (NIRSpec) du JWST. L’idée était de mesurer la température du côté jour de la planète. Lorsque TOI-561 b s’est glissée derrière son étoile — ce qu’on appelle une éclipse secondaire —, Webb a enregistré la minuscule baisse de lumière infrarouge. Cela a révélé à quel point la face éclairée de la planète est réellement chaude.

C’est là que les chiffres deviennent intéressants. Un hémisphère nu, sans atmosphère et incapable de partager sa chaleur avec le côté obscur, devrait rôtir aux alentours de 2 700°C (4 900°F). C’est énorme. Mais au lieu de cela, Webb a vu quelque chose de plus proche de 1 800°C (3 200°F). Ça reste infernal, on est d’accord, mais c’est tout de même des centaines de degrés plus frais qu’un rocher nu sous une telle irradiation.

Qu’est-ce qui pourrait déplacer autant de chaleur ou empêcher Webb de la voir ? Un océan de magma global pourrait brasser de l’énergie, mais sans aide, il ne peut probablement pas transporter assez de chaleur à travers un monde verrouillé où la croûte nocturne pourrait durcir. Même un mince vernis de vapeur de roche ne suffirait pas.

« Nous avons vraiment besoin d’une atmosphère épaisse et riche en volatils pour expliquer toutes les observations », a déclaré la co-autrice Anjali Piette. Des vents rapides pourraient transporter la chaleur vers le côté nuit. Des gaz comme la vapeur d’eau absorberaient une partie de la lueur infrarouge, et des nuages de silicate brillants pourraient réfléchir une partie de la lumière stellaire, refroidissant encore la face que nous voyons.

Un équilibre précaire entre ciel et lave

Si TOI-561 b porte vraiment une atmosphère substantielle, comment a-t-elle survécu aux radiations incessantes de son étoile pendant des milliards d’années ? C’est la grande question. L’image privilégiée par l’équipe est celle d’un équilibre dynamique entre une surface en fusion et le ciel au-dessus.

Imaginez des gaz s’élevant d’un océan de magma global pour reconstituer l’atmosphère, alors même que les photons à haute énergie arrachent des molécules. C’est un cycle sans fin. Tim Lichtenberg, de l’Université de Groningue et co-auteur, explique : « En même temps que les gaz sortent de la planète pour alimenter l’atmosphère, l’océan de magma les aspire de nouveau vers l’intérieur. » Il ajoute une image assez parlante : « Cette planète doit être beaucoup, beaucoup plus riche en volatils que la Terre pour expliquer les observations. C’est vraiment comme une balle de lave mouillée. »

Ces résultats sont les premiers du programme d’observateurs généraux 3860 du JWST. Ils ont fixé le système en continu pendant plus de 37 heures — soit près de quatre orbites de la planète — pour capturer sa lueur thermique. L’équipe a combiné ces mesures avec des données infrarouges, optiques, rayons X et radio d’autres observatoires. Johanna Teske note avec justesse : « Ce qui est vraiment excitant, c’est que ce nouvel ensemble de données ouvre encore plus de questions qu’il n’en résout. »

La prochaine étape ? La cartographie de courbe de phase, pour suivre la température tout autour de la planète et préciser la composition de l’atmosphère, de la vapeur d’eau aux nuages de silicate. Cette étude, publiée dans The Astrophysical Journal Letters, rebat les cartes. Comme le dit Wallack, ce résultat « bouleverse la sagesse conventionnelle » et ouvre la porte à la découverte d’atmosphères sur de nombreuses autres planètes rocheuses extrêmes.

Ce contenu a été créé avec l’aide de l’IA.