Impression d'artiste du système LTT 9779

Cette impression d’artiste montre le LTT 9779b près de l’étoile sur laquelle il orbite et met en évidence le côté jour ultra-chaud (2000 Kelvin) de la planète et son côté nuit assez chaud (environ 1000 K). Crédits: Ethen Schmidt

Une équipe dirigée par un astronome de l’Université du Kansas a analysé les données de NASAS TESS et les télescopes spatiaux Spitzer pour dépeindre pour la première fois l’atmosphère d’un type très inhabituel de exoplanète surnommé un “chaud Neptune. »

Les découvertes concernant la planète LTT 9779b récemment découverte ont été publiées aujourd’hui dans Astrophysical Journal Letters. L’article détaille la toute première caractérisation atmosphérique spectrale de toute planète découverte par TESS, la première carte de température globale de toute planète TESS avec une atmosphère et un Neptune chaud dont le spectre d’émission est fondamentalement différent des nombreux «Jupiters chauds» étudiés précédemment.

«Pour la première fois, nous avons mesuré la lumière provenant de cette planète qui ne devrait pas exister», a déclaré Ian Crossfield, professeur adjoint de physique et d’astronomie à KU et auteur principal de l’article. «Cette planète est si intensément irradiée par son étoile que sa température dépasse les 3 000 degrés Fahrenheit et son atmosphère aurait pu s’évaporer entièrement. Pourtant, nos observations Spitzer nous montrent son atmosphère via la lumière infrarouge émise par la planète.

Si le LTT 9779b est extraordinaire, une chose est sûre: les gens n’auraient probablement pas beaucoup aimé.


«Pour la première fois, nous avons mesuré la lumière provenant de cette planète qui ne devrait pas exister», a déclaré Ian Crossfield, professeur adjoint de physique et d’astronomie à KU et auteur principal de l’article. «Cette planète est si intensément irradiée par son étoile que sa température dépasse les 3 000 degrés Fahrenheit et que son atmosphère aurait pu s’évaporer entièrement. Pourtant, nos observations Spitzer nous montrent son atmosphère via la lumière infrarouge émise par la planète. Crédit: Ethen Schmidt, Université du Kansas

«Cette planète n’a pas de surface solide, et elle est même beaucoup plus chaude que Mercure dans notre système solaire – non seulement le plomb fondrait dans l’atmosphère de cette planète, mais il en serait de même pour le platine, le chrome et l’acier inoxydable», a déclaré Crossfield. «Une année sur cette planète, c’est moins de 24 heures – c’est à quelle vitesse elle tourne autour de son étoile. C’est un système assez extrême. »

La chaude Neptune LTT 9779b a été découverte l’année dernière, devenant l’une des premières planètes de la taille de Neptune découvertes par la mission de chasse aux planètes TESS de la NASA. Crossfield et ses co-auteurs ont utilisé une technique appelée analyse de la «courbe de phase» pour analyser la composition atmosphérique de l’exoplanète.

Impression d'artiste LTT 9779

L’impression de cet artiste montre le système LTT 9779 approximativement à l’échelle, avec la planète chaude de la taille de Neptune à gauche et son étoile lumineuse proche à droite. La traînée de matière s’écoulant de la planète est hypothétique mais probable, basée sur l’intense irradiation de cette planète. Crédits: Ethen Schmidt

«Nous mesurons la quantité de lumière infrarouge émise par la planète lorsqu’elle tourne à 360 degrés sur son axe», a-t-il déclaré. «La lumière infrarouge vous indique la température de quelque chose et où se trouvent les parties les plus chaudes et les plus froides de cette planète – sur Terre, ce n’est pas le plus chaud à midi; il fait plus chaud quelques heures après-midi. Mais sur cette planète, il fait en fait le plus chaud à midi. Nous voyons la majeure partie de la lumière infrarouge provenant de la partie de la planète lorsque son étoile est directement au-dessus de la tête et beaucoup moins d’autres parties de la planète.

La lecture de la température de la planète est considérée comme un moyen de caractériser son atmosphère.

“La planète est beaucoup plus froide que ce à quoi nous nous attendions, ce qui suggère qu’elle réfléchit une grande partie de la lumière des étoiles incidente qui la frappe, probablement à cause des nuages ​​du jour”, a déclaré le co-auteur Nicolas Cowan de l’Institut de recherche sur les exoplanètes (iREx) et Université McGill à Montréal, qui a aidé à l’analyse et à l’interprétation des mesures de la courbe de phase thermique. «La planète ne transporte pas non plus beaucoup de chaleur vers sa nuit, mais nous pensons comprendre que: la lumière des étoiles qui est absorbée est probablement absorbée haut dans l’atmosphère, d’où l’énergie est rapidement renvoyée dans l’espace.»

Selon Crossfield, les résultats ne sont qu’une première étape dans une nouvelle phase d’exploration exoplanétaire alors que l’étude des atmosphères d’exoplanètes se déplace progressivement vers des planètes de plus en plus petites.

LTT 9779 étoile en transit

L’impression de cet artiste montre le LTT 9779b transitant par l’étoile sur laquelle il orbite. Ce transit bloque brièvement une fraction appréciable de la lumière de l’étoile, et c’est ainsi que la planète a été découverte pour la première fois par la mission TESS de la NASA. Crédits: Ethen Schmidt

«Je ne dirais pas que nous comprenons tout sur cette planète maintenant, mais nous avons suffisamment mesuré pour savoir que ce sera un objet vraiment fructueux pour une étude future», a-t-il déclaré. “Il est déjà ciblé pour les observations avec le Télescope spatial James Webb, qui est le prochain grand télescope spatial phare de plusieurs milliards de dollars de la NASA qui sera mis en service dans quelques années. Ce que nos mesures nous montrent jusqu’à présent, ce sont ce que nous appelons les caractéristiques d’absorption spectrale – et son spectre indique le monoxyde de carbone et / ou le dioxyde de carbone dans l’atmosphère. Nous commençons à avoir une idée des molécules qui composent son atmosphère. Parce que nous voyons cela, et à cause de l’apparence de cette carte de température mondiale, elle nous dit également quelque chose sur la façon dont les vents font circuler l’énergie et la matière dans l’atmosphère de cette mini planète gazeuse.

Crossfield a expliqué l’extrême rareté des mondes semblables à Neptune trouvés à proximité de leurs étoiles hôtes, une région généralement si dépourvue de planètes que les astronomes appellent cela le «désert chaud de Neptune».

“Nous pensons que c’est parce que les Neptunes chaudes ne sont pas assez massives pour éviter une évaporation atmosphérique et une perte de masse substantielles”, a-t-il déclaré. «Ainsi, les exoplanètes chaudes les plus proches sont soit les Jupiters chauds massifs, soit les planètes rocheuses qui ont depuis longtemps perdu la plupart de leurs atmosphères.

Un article complémentaire à cette recherche dirigée par Diana Dragomir, professeur adjoint de physique et d’astronomie à l’Université du Nouveau-Mexique, étudie la composition atmosphérique de l’exoplanète via des observations d’éclipse secondaire avec la caméra infrarouge Spitzer Array (IRAC) du Neptune chaud.

Bien que le LTT 9779b ne soit pas adapté à la colonisation par des êtres humains ou toute autre forme de vie connue, Crossfield a déclaré que l’évaluation de son atmosphère affinerait des techniques qui pourraient un jour être utilisées pour trouver des planètes plus accueillantes pour la vie.

«Si quelqu’un veut croire ce que les astronomes disent à propos de la découverte de signes de vie ou d’oxygène sur d’autres mondes, nous allons devoir montrer que nous pouvons faire les choses correctement en premier lieu», dit-il. «En ce sens, ces planètes plus grandes et plus chaudes comme LTT 9779b agissent comme des roues d’entraînement et montrent que nous savons réellement ce que nous faisons et que nous pouvons tout faire correctement.»

Crossfield a déclaré que son aperçu de l’atmosphère d’une planète aussi étrange et lointaine était également précieux en soi.

«En tant que personne qui les étudie, nous pouvons faire beaucoup de science planétaire intéressante pour mesurer les propriétés de ces planètes – tout comme les gens étudient les atmosphères de Jupiter, Saturne et Vénus – même si nous ne pensons pas que ceux-ci hébergeront la vie », a-t-il déclaré. «Ils sont toujours intéressants, et nous pouvons en apprendre davantage sur la formation de ces planètes et le contexte plus large des systèmes planétaires.»

Crossfield a déclaré qu’il reste beaucoup de travail à faire pour mieux comprendre LTT 9779b et les Neptunes chaudes similaires non encore découvertes. (Un article complémentaire concernant la composition atmosphérique du LTT 9779b via l’analyse de son «spectre» d’éclipse secondaire est en cours de publication, ce que Crossfield a co-écrit.)

«Nous voulons continuer à l’observer avec d’autres télescopes afin de pouvoir répondre à davantage de questions», a-t-il déclaré. «Comment cette planète peut-elle conserver son atmosphère? Comment s’est-il formé en premier lieu? Était-il initialement plus grand mais a perdu une partie de son atmosphère d’origine? Si tel est le cas, alors pourquoi son atmosphère n’est-elle pas simplement une version réduite de l’atmosphère d’exoplanètes plus grandes ultra-chaudes? Et quoi d’autre pourrait se cacher dans son atmosphère?

Certains des co-auteurs du chercheur de la KU prévoient également de poursuivre l’étude de l’improbable exoplanète.

«Nous avons détecté du monoxyde de carbone dans son atmosphère et que le côté jour permanent est très chaud, alors que très peu de chaleur est transportée du côté nuit», a déclaré Björn Benneke de l’iREx et de l’Université de Montréal. «Les deux résultats font dire au LTT 9779b qu’il y a un signal très fort à observer, faisant de la planète une cible très intrigante pour une future caractérisation détaillée avec JWST. Nous prévoyons maintenant également des observations de courbe de phase beaucoup plus détaillées avec NIRISS sur JWST. “

Référence: «Les courbes de phase de Hot Neptune LTT 9779b suggèrent une atmosphère à haute métallicité» par Ian JM Crossfield, Diana Dragomir, Nicolas B. Cowan, Tansu Daylan, Ian Wong, Tiffany Kataria, Drake Deming, Laura Kreidberg, Thomas Mikal-Evans, Varoujan Gorjian, James S.Jenkins, Björn Benneke, Karen A. Collins, Christopher J.Burke, Christopher E. Henze, Scott McDermott, Ismael Mireles, David Watanabe, Bill Wohler, George Ricker, Roland Vanderspek, Sara Seager et Jon M. Jenkins, 26 octobre 2020, Lettres du journal astrophysique.
DOI: 10.3847 / 2041-8213 / abbc71