Le JWST détecte la meilleure preuve à ce jour d’une atmosphère épaisse sur un monde de lave

Plus chaud qu’un haut fourneau, mais pas assez…

On venait à peine de se remettre des découvertes sur 55 Cancri e que le télescope spatial James Webb (JWST) remet le couvert, et cette fois, les preuves sont encore plus convaincantes. Il semble bien qu’on ait trouvé un monde rocheux doté d’une atmosphère épaisse, même si, soyons honnêtes, personne n’aurait envie d’y déménager. C’est un enfer, littéralement.

Cette planète, c’est TOI-561 b. C’est une super-Terre très ancienne qui, selon les toutes dernières données du JWST, doit absolument posséder une atmosphère substantielle. Pourquoi ? Eh bien, c’est une simple question de thermodynamique : sans cette couche protectrice, sa face éclairée serait encore plus brûlante qu’elle ne l’est déjà. C’est sans doute la preuve la plus solide qu’on ait jamais eue de l’existence d’une atmosphère sur une planète rocheuse hors de notre Système solaire. Alors non, il n’y a aucune chance d’y trouver de la vie — du moins, pas selon la chimie que nous connaissons, vu la chaleur extrême — mais le simple fait qu’une atmosphère ait pu s’accrocher là aussi longtemps est une nouvelle plutôt rassurante pour la recherche d’autres mondes.

L’année dernière, le JWST avait déjà repéré que 55 Cancri e, une autre super-Terre bouillante, semblait avoir quelque chose qui refroidissait son côté jour. On parlait alors de vents puissants redistribuant la chaleur. Mais avec le temps supplémentaire consacré à TOI-561 b, le dossier est encore plus solide. C’est désormais la quatrième planète très chaude que nous trouvons dont les températures ne collent pas avec l’idée d’un simple caillou nu, et c’est elle qui présente le plus grand écart de température. C’est fascinant, non ?

Une étoile fossile et des thermomètres qui s’affolent

Il faut remonter un peu en arrière, il y a quatre ans, lors de la découverte des planètes TOI-561 b, c et d. Ça avait pris les astronomes de court. Pourquoi ? Parce que leur étoile est une véritable antiquité. TOI-561 est estimée à environ 10 milliards d’années. Même s’il y a toujours une marge d’incertitude sur ce genre de chiffre, c’est probablement l’une des plus vieilles étoiles que nous connaissons dans notre propre galaxie. Ces planètes orbitent bien trop près pour avoir été capturées tardivement ; elles se sont presque certainement formées dans le même nuage que leur étoile.

Le hic, c’est qu’à l’époque de leur formation, la galaxie était bien moins riche en éléments lourds — ceux qui fabriquent les mondes rocheux — qu’elle ne l’est aujourd’hui. Et pourtant… la densité de TOI-561 b n’est pas beaucoup plus faible que celle de la Terre. C’est curieux. Ce sont toutes les trois des super-Terres, un peu plus grandes que la nôtre mais plus proches de la taille de la Terre que de celle de Neptune. Et voilà que la plus intérieure des trois nous sort une nouvelle surprise : elle a gardé son atmosphère.

Parlons chiffres, parce que c’est là que ça devient bizarre. TOI-561 b est verrouillée par les marées (tidally locked), ce qui signifie qu’elle montre toujours la même face à son étoile. Cette face grimpe à 1 800 degrés Celsius (environ 3 200 degrés Fahrenheit). C’est chaud, on est d’accord ? Mais attendez… c’est en fait beaucoup plus « frais » que prévu ! La planète file autour de son étoile en seulement 10,6 heures et se trouve 40 fois plus proche de son étoile que Mercure ne l’est du Soleil. Avec une telle proximité, la température devrait théoriquement atteindre les 2 700 degrés Celsius (4 900 degrés Fahrenheit). Il manque près de 1000 degrés à l’appel !

Après avoir testé plusieurs modèles qui ont tous échoué, les auteurs d’une nouvelle étude publiée en libre accès dans The Astrophysical Journal Letters n’ont trouvé qu’une seule explication plausible : une atmosphère suffisamment épaisse pour redistribuer une énorme quantité de chaleur du côté jour vers le côté nuit. Comme l’explique le Dr Anjali Piette de l’Université de Birmingham : « Des vents forts refroidiraient le côté jour en transportant la chaleur vers le côté nuit. Des gaz comme la vapeur d’eau absorberaient certaines longueurs d’onde de la lumière proche infrarouge émises par la surface… Il est aussi possible qu’il y ait des nuages de silicate brillants qui refroidissent l’atmosphère en réfléchissant la lumière des étoiles. »

La survie d’une atmosphère et la théorie de la « boule de lave humide »

Franchement, c’est inattendu. La gravité de TOI-561 b est plus forte que celle de la Terre, certes, mais retenir une atmosphère dans ces conditions relève de l’exploit. Avec une telle chaleur, les molécules ont une énergie folle pour s’échapper, sans parler des tempêtes stellaires qui bombardent la planète à bout portant et arrachent les couches externes. Logiquement, elle devrait perdre son gaz.

Nicole Wallack, de Carnegie Science, le résume bien : « D’après ce que nous savons d’autres systèmes, les astronomes auraient prédit qu’une planète comme celle-ci est trop petite et chaude pour conserver sa propre atmosphère longtemps après sa formation. Mais nos observations suggèrent qu’elle est entourée d’une couverture de gaz relativement épaisse, bouleversant la sagesse conventionnelle sur les planètes à période ultra-courte. »

Alors, comment est-ce possible ? Quelque chose doit régénérer cette atmosphère. Les auteurs penchent pour un cycle où les gaz sont capturés par un océan de magma avant de s’échapper à nouveau. Le Dr Tim Lichtenberg de l’Université de Groningue a 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 boule de lave humide. » Une boule de lave humide… ça laisse songeur.

Cette atmosphère pourrait aussi changer notre vision de la composition de la planète. On connaît sa masse grâce à l’attraction gravitationnelle qu’elle exerce sur son étoile, et sa taille grâce à la lumière qu’elle bloque. En comparant les deux, on obtient une densité modestement inférieure à celle de la Terre. Au début, on pensait qu’elle avait juste un noyau plus petit et plus de roches silicatées. Mais les mesures du JWST donnent du crédit à une autre idée : l’atmosphère est si profonde qu’elle bloque beaucoup de lumière, nous donnant l’impression d’une planète beaucoup plus grosse que le corps solide qui se cache dessous.

Pour finir, il faut souligner la prouesse technique. Le temps d’observation sur le JWST est extrêmement précieux ; d’habitude, on jette juste un coup d’œil quand la planète passe devant son étoile. Mais pour TOI-561 b, ils ont sécurisé 37 heures continues ! Le télescope a fixé la planète pendant qu’elle bouclait presque quatre orbites complètes. C’est cet acharnement qui a permis de détecter les changements de rayonnement indiquant une absorption atmosphérique, et non une simple roche nue.

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