L'une des exoplanètes les plus proches de nous dans la constellation du Cancer, découverte pour la première fois en 2004, est récemment devenue le centre d'intérêt des télescopes spatiaux Hubble, Spitzer et des plus grands observatoires au sol. Grâce à de nouveaux instruments astronomiques et à des algorithmes d'analyse de données, il est désormais possible de déterminer la présence et la composition de son atmosphère. Pour les exoplanètes de la classe «super-terre», un tel travail a été effectué pour la première fois.
L'étoile binaire 55 Cancer a longtemps attiré l'attention. Il est visible dans le ciel à l'œil nu, car il n'est qu'à 40,9 années-lumière de nous et a une luminosité de 0,6 solaire. L'étoile principale de ce système appartient au même type spectral principal (GxV) que le Soleil. Sa masse est également proche de celle du Soleil, et au moins cinq planètes tournent autour de lui. Chacun d'eux a été détecté par spectroscopie Doppler. Ensuite, la découverte d'exoplanètes a été confirmée à l'aide d'observations effectuées dans les plus grands observatoires terrestres en orbite.
Parmi toutes les exoplanètes découvertes dans une étoile semblable au soleil, la plus grande attention des astronomes est maintenant attirée par 55 Cancer e. C'est une super-terre à haute teneur en carbone. Avec une masse de 8,37 terres et un rayon de 2,17 fois celui de la terre, les conditions doivent être créées dans ses entrailles pour la formation intensive de diamants. Selon les estimations primaires, leur volume total dépasse la taille de la Terre. L'intérêt supplémentaire pour l'exoplanète était dû au fait que les modèles mathématiques prédisaient la présence d'une atmosphère dense avec une forte probabilité de teneur en vapeur d'eau.
Le télescope spatial Hubble (Image: nasa.gov).
Pendant longtemps, ils ont tenté de confirmer ou d'infirmer ces données, en précisant les paramètres de la planète, sa composition éventuelle et son origine. Depuis 2014, l'instrument le plus avancé du télescope spatial Hubble, la caméra WFC3, est utilisé à cet effet. Cependant, les observations en lumière visible et proche infrarouge ont permis de déterminer uniquement les transits réguliers d'une exoplanète sur le fond de l'étoile mère, sans apporter de nouvelles informations.
Les chercheurs ont été aidés par la localisation réussie de l'exoplanète 55 Cancer e. Comme il est 64 fois plus proche de son étoile que la Terre ne l'est du Soleil, il ne dure que 18 heures par an et la surface chauffe jusqu'à 2000 K. En raison d'un fort chauffage, il brille dans le milieu infrarouge. La luminosité infrarouge, rare pour les planètes, permet de l'étudier non seulement au moyen d'observations dans le domaine optique, mais aussi par l'appareil du télescope orbital Spitzer.
Le télescope spatial Spitzer (Image: NASA / JPL-Caltech).
Les données combinées collectées par les télescopes spatiaux Hubble et Spitzer et les observatoires au sol ont permis aux chercheurs de l'University College de Londres de juger de la composition de l'enveloppe gazeuse de l'exoplanète. Les méthodes d'analyse spectrale de la composition chimique sont largement utilisées pour étudier les étoiles et l'atmosphère des planètes du système solaire, mais pour une super-terre lointaine, elles se sont révélées tout aussi informatives pour la première fois.
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De grandes quantités d'hydrogène et d'hélium ont été trouvées dans l'atmosphère de l'exoplanète 55 Cancer. Elle a probablement capturé ces éléments lumineux très tôt à partir d'un nuage de gaz ionisé lors de la formation du soleil local. Malgré toutes les attentes et les calculs préliminaires, la vapeur d'eau dans l'atmosphère de l'exoplanète n'a pas encore été détectée, même à l'état de traces.
En raison du réchauffement intense de l'étoile 55 Cancer A, la croûte de la super-Terre fond constamment pendant la journée et a à peine le temps de se refroidir pendant la nuit. Avec des flux de chaleur ascendants, des particules de carbone et ses composés, principalement inorganiques, pénètrent constamment dans l'atmosphère. Au cours de diverses réactions, des oxydes, du cyanure d'hydrogène (vapeur de cyanure d'hydrogène) et de l'acétylène se forment principalement. La prédominance du monoxyde de carbone sur le dioxyde de carbone indique un rapport carbone / oxygène élevé. «La présence de cyanure d'hydrogène et d'autres molécules que nous avons découvertes pourrait être confirmée dans quelques années par les prochaines générations de télescopes infrarouges. Dans ce cas, nous recevrons de nouvelles preuves que cette planète est extrêmement riche en carbone et en général, très inhabituelle », a commenté l'un des auteurs de l'étude, Jonathan Tennyson.
Andrey Vasilkov