L'enfer sous un ciel de titane

Grâce au Very Large Telescope de l'ESO, des astronomes ont pour la première fois détecté la présence d'oxyde de titane dans l'atmosphère d'une exoplanète. Cette découverte concernant la planète de type Jupiter chaud baptisée WASP-19b a été permise par l'instrument FORS2. Ce dernier a délivré des informations concernant la composition chimique, la température ainsi que la pression de l'atmosphère de ce monde insolite et très chaud. Les résultats de cette étude paraissent au sein de la revue Nature.


Une équipe d'astronomes dirigée par Elyar Sedaghati, un boursier de l'ESO récemment diplômé de l'Université Technique de Berlin, a étudié l'atmosphère de l'exoplanète WASP-19b à un niveau de détail encore inégalé. Cette planète remarquable est dotée d'une masse semblable à celle de Jupiter. Toutefois, elle est en orbite à une si grande proximité de son étoile hôte que sa période de révolution est de 19 heures seulement et que la température de son atmosphère avoisine les 2000 degrés Celsius.

Lorsque WASP-19b passe devant son étoile hôte, une fraction de la lumière stellaire traverse l'atmosphère planétaire, se teintant d'une subtile signature parvenant finalement à la Terre. Grâce à l'instrument FORS2 qui équipe le Very Large Telescope, l'équipe a été en mesure d'analyser avec soin cette lumière et de déduire la présence, au sein de l'atmosphère, de faibles quantités d'oxyde de titane, d'eau et de traces de sodium, ainsi que d'une brume particulièrement diffusante.

"La détection de telles molécules n'est pas une mince affaire" précise Elyar Sedaghati, qui contribua durant 2 ans à ce projet en qualité d'étudiant. "Nous avions non seulement besoin de données d'une exceptionnelle qualité, mais devions également procéder à une analyse sophistiquée. Pour ce faire, nous avons utilisé un algorithme capable d'explorer plusieurs millions de spectres couvrant une large gamme de compositions chimiques, de températures, ainsi que les propriétés des nuages et de la brume afin d'établir nos conclusions."

L'oxyde de titane est rare sur Terre. Il est présent en revanche dans l'atmosphère d'étoiles froides. Dans les atmosphères de planètes chaudes telle WASP-19b, il se comporte tel un absorbeur de chaleur. En quantité suffisante, ces molécules empêchent la chaleur de pénétrer ou de s'échapper de l'atmosphère, produisant ainsi une inversion thermique - la température de la haute atmosphère est supérieure à celle de la basse atmosphère, ce qui constitue une situation inverse de la normale. L'ozone joue un rôle similaire au sein de l'atmosphère de la Terre, l'inversion se produisant au niveau de la stratosphère.

"La présence d'oxyde de titane dans l'atmosphère de WASP-19b peut avoir des effets considérables sur le gradient de température ainsi que la circulation atmosphérques", ajoute Ryan Mac Donald, un autre membre de l'équipe, par ailleurs astronome à l'Université de Cambridge au Royaume-Uni. "Etre capable d'étudier les exoplanètes à un tel niveau de détail est à la fois prometteur et enthousiasmant", ajoute également Nikku Madhusudhan de l'Université de Cambridge et qui a supervisé les interprétations théoriques des observations.

Les astronomes ont collecté des données d'observation de WASP-19b sur plus d'un an. La mesure des variations relatives du rayon planétaire à différentes longueurs d'onde de la lumière traversant l'atmosphère de l'exoplanète, puis la comparaison des observations aux modèles atmosphériques, leur ont permis de déduire diverses propriétés de l'atmosphère exoplanétaire, parmi lesquelles figure la composition chimique.

La découverte de la présence d'oxydes métalliques tel que l'oxyde de titane et d'autres substances, permettra de mieux modéliser les atmosphères exoplanétaires. A l'avenir, lorsque les astronomes seront capables d'observer les atmosphères de planètes potentiellement habitables, les modèles auront suffisamment gagné en précision pour leur permettre de correctement interpréter ces observations.

"Cette importante découverte est le fruit de la modernisation de l'instrument FORS2, précisément effectuée à ce titre" ajoute Henri Boffin de l'ESO, un membre de l'équipe qui dirigea ce projet de rénovation. "Depuis lors, FORS2 s'est imposé comme l'instrument le plus apte à procéder à ce type d'étude depuis le sol."