Des astronomes ont peut-être découvert la présence d'eau dans l'atmosphère d'une planète extrêmement chaude, qui est aussi l'un des mondes les plus « métalliques » jamais observés. La formation de la planète reste un mystère, qui pourrait être résolu par cette découverte.

La planète extrasolaire, ou «exoplanète, » en question est HD 149026 b, également connu sous le nom de « Smertriossignifiant le « Pourvoyeur » ou « Le Fournisseur », vénéré comme le dieu de la guerre dans la tradition gaélique. Smertrios orbite autour d'une étoile sous-géante jaune appelée HD 149026, située à environ 247 années-lumière de la Terre.

La planète se trouve à environ 6,5 millions de kilomètres de son étoile mère, et effectue une orbite en moins de trois jours terrestres. Avec une largeur d'environ trois quarts de celle de JupiterSmertrios est classé comme un « Saturne chaud », une classe de planètes tirant son nom de la la plus petite géante gazeuse du système solaire.

La proximité de Smertrios avec son étoile signifie qu'il est verrouillé par les marées La face diurne de Smertrios est toujours tournée vers son étoile hôte, où les températures peuvent atteindre 1 420 degrés Celsius. Sa face nocturne, relativement plus fraîche, est toujours tournée vers l'espace. Mais la densité et la composition de Smertrios, découvert en 2005 alors qu'il traversait ou « transitait » la face de son étoile, sont ce qui le rend vraiment étrange.

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« Un Saturne chaud est un type d'exoplanète appelé «géante gazeuse chaude.« Les géantes gazeuses chaudes sont des exoplanètes dont la taille est similaire à celle de la Terre. Jupiter « Les planètes qui gravitent autour de Saturne sont des étoiles très proches de leur étoile hôte. En général, leur période orbitale est inférieure à dix jours, ce qui signifie qu'une année sur ces planètes pourrait durer moins d'une semaine », a déclaré à Space.com Sayyed Ali Rafi, membre de l'équipe à l'origine de la découverte et chercheur en astronomie à l'Université de Tokyo. « Cette planète est particulièrement intéressante car c'est l'une des géantes gazeuses les plus riches en métaux et les plus denses que nous connaissions jusqu'à présent. »

Lorsque des astronomes comme Ali Rafi font référence aux « métaux », il s’agit d’éléments plus lourds que l’hydrogène et l’hélium. Le télescope spatial James Webb (JWST) a observé Smertrios en 2023le puissant télescope spatial a découvert que la métallicité de la planète, sa fraction de métaux par rapport à l'hydrogène, est bien plus élevée que celle de la plupart des Saturnes chauds et des Jupiters chauds plus grands. Ce rapport est également bien plus élevé pour Smertrios que pour système solaire les géants Jupiter et Saturne.

On considère généralement que les métaux sont inversement proportionnels à la masse des géantes gazeuses. Cela signifie que plus une géante gazeuse est grande, moins elle devrait contenir de métaux. Smertrios défie cette tendance. On a également découvert que la planète avait un noyau solide anormalement grand, ce qui explique sa densité si élevée.

« La composition de la planète ne semble pas compatible avec les scénarios de formation actuels que nous avons pour les géantes gazeuses chaudes, et elle reste encore un mystère à ce jour », a déclaré Ali Rafi. « Cela montre l'importance d'observer l'atmosphère de la planète car elle pourrait aider à révéler l'histoire de la formation de la planète à travers ses propriétés atmosphériques telles que sa métallicité et son rapport carbone/oxygène. »

Dans quelle direction soufflent les vents sur Smertrios ?

Pour enquêter sur l'étrange atmosphère de Smertrios et espérer découvrir pourquoi la planète est si « métallique », Ali Rafi et ses collègues se sont tournés vers la Spectrographe CARMENESun instrument de l'observatoire de Calar Alto en Espagne.

Les éléments et les molécules chimiques absorbent et émettent de la lumière à des longueurs d'onde caractéristiques. Lorsqu'une planète comme Smertrios transite devant son étoile, les éléments de son atmosphère laissent des « empreintes digitales » dans l'image filtrée. lumière des étoiles. CARMENES peut lire ces empreintes digitales et dire aux astronomes de quoi est composée cette atmosphère.

L'étude de Smertrios avec CARMENES a révélé les empreintes digitales de la vapeur d'eau. Cela peut aider à mieux contraindre l'abondance d'autres éléments dans l'atmosphère de la planète.

Ali Rafi a expliqué que supposer que l'oxygène élémentaire est plus abondant que le carbone élémentaire dans l'atmosphère des géantes gazeuses chaudes telles que Smertrios signifie que l'eau et le monoxyde de carbone sont deux des espèces « traceuses » les plus abondantes qui peuvent expliquer la nature de cette atmosphère.

« Par conséquent, si nous pouvons limiter l’abondance de ces deux molécules, nous pourrons également limiter le rapport carbone/oxygène atmosphérique, ce qui est très important car il pourrait servir de traceur caractéristique de la formation et de l’évolution des planètes géantes gazeuses comme HD 149026 b », a ajouté Ali Rafi. « La découverte d’eau dans l’atmosphère est la première étape d’une telle caractérisation, d’où son importance. »

Mais ce n'est pas tout ce que l'équipe a découvert à propos de Smertrios. La planète chaude de Saturne a réservé une surprise de taille aux chercheurs.

Habituellement, sur les géantes gazeuses chaudes qui sont verrouillées par les marées, la différence massive de température entre le côté chaud du jour et le côté plus frais de la nuit crée des vents atmosphériques extrêmement rapides qui peuvent atteindre 8 046 km/h (5 000 mph).

Ces vents soufflent généralement du côté jour vers le côté nuit de ces planètes, car les vents sur la plupart des autres planètes se déplacent des régions à température élevée vers les régions à température froide. Cependant, les vents de Smertrios semblent souffler dans la direction opposée, du côté nuit vers le côté jour de la planète.

« Parce que nous voyons la planète lorsqu'elle transite, les vents soufflant vers le côté nocturne signifient qu'ils soufflent dans la direction de l'observateur, et cela provoquerait un spectre d'absorption planétaire décalé vers le bleu« , a expliqué Ali Rafi. « Cependant, nous avons découvert qu'il s'agissait d'un décalage vers le rouge, ce qui a été une grande surprise pour nous. Nous pouvons imaginer plusieurs scénarios qui pourraient expliquer le fait qu'il puisse en fait y avoir des vents qui soufflent du côté nuit vers le côté jour. »

Il est possible que ces vents se produisent sur des couches atmosphériques profondes, provoquant une spectre décalé vers le rougea expliqué Ali Rafi. Le chercheur a ajouté qu'une autre possibilité est que l'orbite de Smertrios ne soit pas circulaire mais aplatie ou « excentrique », ce qui pourrait conduire à un décalage du spectre dont l'équipe n'a pas tenu compte.

« Nous avons besoin d’observations supplémentaires pour confirmer l’un de ces scénarios ou même s’il existe d’autres alternatives », a ajouté Ali Rafi.

Les astronomes vont maintenant continuer à étudier cet étrange Saturne chaud afin de confirmer la détection de vapeur d'eau.

« Davantage de données d'observation de transit sur cette planète sont nécessaires pour donner suite à nos résultats. Nous travaillons actuellement à confirmer les preuves de la présence d'eau et à rechercher d'autres espèces atmosphériques, ainsi qu'à limiter leur abondance pour estimer la métallicité et le rapport carbone/oxygène avec plus de précision », a conclu Ali Rafi. « Nous espérons que cela pourrait nous aider à élucider l'histoire de la formation et de l'évolution de Smertrios ! »

Une version pré-évaluée par les pairs des recherches de l'équipe est publiée sur le site du référentiel papier arXiv.