Découverte de vapeur d’eau dans l’atmosphère d’une petite exoplanète

D’un diamètre environ le double de celui de la Terre, GJ 9827 d pourrait être un exemple de planète avec une atmosphère riche en eau, selon des chercheurs de l’UdeM.

Représentation artistique de l’exoplanète GJ 9827 d, la plus petite exoplanète où de la vapeur d’eau a été détectée dans l’atmosphère. La planète pourrait être un exemple de planète avec une atmosphère riche en eau. Avec seulement environ deux fois le diamètre de la Terre, la planète orbite autour de l’étoile naine rouge GJ 9827. Deux planètes plus proches de l’étoile sont à gauche. Les étoiles d’arrière-plan sont représentées telles qu’elles seraient vues à l’œil nu en regardant vers notre Soleil. Le Soleil est trop faible pour être visible de ce système.
Crédit : NASA, ESA, Leah Hustak (STScI), Ralf Crawford (STScI)

Des astronomes utilisant le télescope spatial Hubble de la NASA ont détecté de l’eau dans l’atmosphère d’une très petite exoplanète. D’un diamètre correspondant seulement à environ le double de celui de la Terre, GJ 9827 d pourrait être un exemple d’un nouveau type de planète, dont l’atmosphère serait composée principalement de vapeur d’eau.

L’étude, menée par des scientifiques du Centre de recherche en astrophysique du Québec (CRAQ) basé à l’Université de Montréal, a été publiée (en anglais) le 12 septembre dernier dans The Astrophysical Journal Letters.

«Il s’agirait de la première fois que nous pouvons démontrer directement, grâce à une détection atmosphérique, que des planètes avec une atmosphère riche en eau existent autour d’autres étoiles, a déclaré Björn Benneke, membre de l’équipe de recherche, professeur d’astrophysique à l’UdeM et chercheur à l’Institut Trottier de recherche sur les exoplanètes. Voilà qui constitue une étape importante pour mieux comprendre la diversité des atmosphères des planètes rocheuses.»

Deux scénarios possibles

Il est encore trop tôt pour déterminer si l’atmosphère de GJ 9827 d contient une petite quantité de vapeur d’eau dans une atmosphère étendue, riche en hydrogène, ou si elle est principalement constituée d’eau, les gaz plus légers (comme l’hydrogène ou l’hélium) ayant été évaporés sous l’effet du rayonnement stellaire.

«Notre programme d’observation a été conçu pour détecter les molécules de l’atmosphère de la planète, et plus spécifiquement pour y rechercher la présence de vapeur d’eau, a dit Pierre-Alexis Roy, étudiant de Björn Benneke et auteur principal de l’étude. Peu importe que la vapeur d’eau soit en quantité infime ou qu’elle soit dominante, on a là un résultat intéressant !»

Dans le premier scénario, la planète aurait conservé une enveloppe riche en hydrogène et en eau, un peu comme une version miniature de Neptune.

Dans le second, elle ressemblerait plutôt à une version plus grosse et plus chaude d’Europa, la lune de Jupiter, qui possède sous sa croûte deux fois plus d’eau qu’il s’en trouve sur la Terre. Dans ce cas-là, comme l’a souligné Björn Benneke, «il se pourrait fort bien que la planète GJ 9827 d se compose à moitié d’eau et à moitié de roche : un petit noyau de roche entouré d’une épaisse couche de vapeur d’eau».

Des planètes de plus en plus petites

«Jusqu’à présent, nous n’avions pas été en mesure de déceler directement l’atmosphère d’une si petite planète. Nous parvenons lentement à réussir ce défi technique, a ajouté Björn Benneke. À mesure que nous étudions des planètes de plus en plus petites, on s’attend à trouver des mondes dépourvus d’hydrogène, qui ont des atmosphères similaires à celle de Vénus, dominée par le dioxyde de carbone.»

Comme elle est aussi chaude que Vénus, avec une température avoisinant les 430 °C, la planète GJ 9827 d serait indiscutablement un monde inhospitalier et humide si son atmosphère était principalement composée de vapeur d’eau.

Deux histoires de formation possibles

Si la planète possède une atmosphère riche en eau résiduelle, elle se serait formée à plus grande distance de son étoile, là où la température est froide et où l’eau est disponible sous forme de glace. Dans un tel scénario, la planète se serait alors déplacée plus près de l’étoile. L’hydrogène se serait alors réchauffé et se serait échappé du faible champ gravitationnel de la planète.

Dans l’autre cas, la planète se serait formée à proximité de l’étoile chaude et comporterait des traces d’eau dans son atmosphère.

Sous la loupe des télescopes spatiaux

Pour cette étude, le télescope Hubble a observé la planète lors de 11 passages devant son étoile, ces passages s’étant échelonnés sur une période de trois ans. Lors de ces passages, la lumière de l’étoile est filtrée à travers l’atmosphère de la planète et présente l’empreinte spectrale de molécules d’eau. Si la planète est entourée de nuages, ils sont suffisamment bas dans l’atmosphère pour qu’Hubble puisse détecter la présence de vapeur d’eau au-dessus de ceux-ci.

La découverte du télescope Hubble ouvre la voie à une étude plus détaillée de la planète. Celle-ci constituerait par exemple une cible intéressante pour que le télescope spatial James-Webb de la NASA y cherche d’autres molécules grâce à la spectroscopie infrarouge.

La planète GJ 9827 d a été découverte par l’observatoire spatial Kepler de la NASA en 2017. Elle effectue une orbite autour d’une étoile naine rouge tous les 6,2 jours. L’étoile, GJ 9827, se trouve à 97 années-lumière de la Terre, dans la constellation des Poissons.

À propos de cette étude

L’article «Water Absorption in the Transmission Spectrum of the Water World Candidate GJ 9827 d», par Pierre-Alexis Roy et ses collègues, a été publié (en anglais) le 12 septembre 2023 dans The Astrophysical Journal Letters.

À propos du Centre de recherche en astrophysique du Québec

Le Centre de recherche en astrophysique du Québec (CRAQ) regroupe tous les astrophysiciens du Québec. Près de 150 personnes, dont une cinquantaine de chercheurs et leurs étudiants provenant de l’Université de Montréal, de McGill University, de l’Université Laval, de Bishop’s University, du Cégep de Sherbrooke, du Collège de Bois-de-Boulogne et de quelques autres établissements collaborateurs font partie du regroupement. Le CRAQ est sous la direction de David Lafrenière de l’Université de Montréal. Le CRAQ est un des regroupements stratégiques financés par Le Fonds de recherche du Québec – Nature et technologies (FRQNT).

Contact Média

Frédérique Baron
Responsable des relations avec les médias
Centre de recherche en astrophysique du Québec
frederique.baron@umontreal.ca