Webb capture les aurores boréales de Neptune pour la première fois

Neptune se trouve dans la vaste et glaciale frontière des confins de notre système solaire, à environ 3 milliards de kilomètres du soleil. Pour la première fois, le télescope spatial James Webb de la NASA a capturé une activité aurorale intense sur Neptune. 

Crédit : Télescope spatial Webb

Par le passé, les astronomes ont observé des indices fascinants d'activité aurorale sur Neptune, par 

Les aurores boréales se produisent lorsque des particules énergétiques, souvent issues du Soleil, sont piégées dans le champ magnétique d'une planète et finissent par heurter la haute atmosphère. L'énergie libérée lors de ces collisions crée la lueur caractéristique de Neptune.

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Une mission ambitieuse vers Neptune pourrait étudier à la fois la planète et Triton

Les missions vers les confins du système solaire sont relativement courantes, car les planétologues sont de plus en plus frustrés par notre manque de connaissances sur les planètes les plus éloignées. Neptune, la planète la plus éloignée connue, a été visitée pour la dernière fois par Voyager 2 dans les années 1980.

Représentation artistique de la mission Arcanum. Crédit : The Aeronautical Journal (2024). DOI : 10.1017/aer.2023.114

Les technologies ont beaucoup progressé depuis le lancement de cette sonde en 1977. Mais pour exploiter cette technologie améliorée, nous devons d’abord faire arriver une mission dans le système solaire; La mission Arcanum est conçue pour orbiter autour de Neptune et atterrir sur Triton, offrant ainsi un aperçu des deux objets d'intérêt du système. Neptune est le siège de vents parmi les plus forts du système solaire et du système de tempêtes « Grande Tache Sombre ». Triton est encore plus intéressant, avec un volcanisme potentiellement actif et peut-être un océan souterrain.

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Retour des opération scientifiques de Voyager 1

Le vaisseau spatial Voyager 1 de la NASA mène des opérations scientifiques normales pour la première fois à la suite d'un problème technique survenu en novembre 2023. C'est le vaisseau spatial le plus éloigné de la Terre

Les quatre instruments de Voyager 1 sont de nouveau opérationnels après un problème informatique en novembre, a annoncé cette semaine le Jet Propulsion Laboratory. L’équipe a reçu pour la première fois des informations significatives de Voyager 1 en avril et lui a récemment ordonné de recommencer à étudier son environnement. 

Lancé en 1977, Voyager 1 dérive dans l'espace interstellaire, ou l'espace entre les systèmes stellaires. Avant d'atteindre cette région, le vaisseau spatial a découvert un mince anneau autour de Jupiter et de plusieurs lunes de Saturne. Ses instruments sont conçus pour collecter des informations sur les ondes de plasma, les champs magnétiques et les particules.

Concept artistique du vaisseau spatial Voyager. Crédit : NASA/JPL-Caltech

L’équipe a partiellement résolu le problème en avril lorsqu’elle a incité le vaisseau spatial à commencer à renvoyer des données techniques, qui comprennent des informations sur la santé et l’état du vaisseau spatial. Le 19 mai, l'équipe de mission a exécuté la deuxième étape de ce processus de réparation et a transmis une commande au vaisseau spatial pour commencer à renvoyer des données scientifiques.

Deux des quatre instruments scientifiques ont immédiatement repris leur mode de fonctionnement normal . Deux autres instruments ont nécessité un travail supplémentaire, mais désormais, tous les quatre renvoient des données scientifiques utilisables.

Les quatre instruments étudient les ondes de plasma, les champs magnétiques et les particules. Voyager 1 et Voyager 2 sont les seuls engins spatiaux à échantillonner directement l'espace interstellaire , qui est la région située à l'extérieur de l'héliosphère, la bulle protectrice des champs magnétiques et du vent solaire créée par le soleil.

Alors que Voyager 1 est de retour à la recherche scientifique, des travaux mineurs supplémentaires sont nécessaires pour éliminer les effets du problème. Entre autres tâches, les ingénieurs resynchroniseront le logiciel de chronométrage des trois ordinateurs de bord du vaisseau spatial afin qu'ils puissent exécuter les commandes au bon moment.

L'équipe effectuera également la maintenance du magnétophone numérique, qui enregistre certaines données de l'instrument à ondes de plasma envoyé sur Terre deux fois par an. (La plupart des données scientifiques des Voyagers sont envoyées directement sur Terre et ne sont pas enregistrées.)

Voyager 1 se trouve à plus de 24 milliards de kilomètres de la Terre et Voyager 2 à plus de 20 milliards de kilomètres de la planète. Les sondes marqueront 47 ans d'opérations plus tard cette année. Il s’agit du vaisseau spatial le plus ancien et le plus éloigné de la NASA. Les deux vaisseaux spatiaux ont survolé Jupiter et Saturne, tandis que Voyager 2 a également survolé Uranus et Neptune.

Fourni par la NASA

Interview de l'astrophysicien Alessandro Morbidelli du Collège de France, père du "modèle de Nice"

Spécialiste de l’évolution et de la formation des systèmes planétaires, Alessandro Morbidelli est titulaire de la chaire « Formation planétaire : de la Terre aux exoplanètes » au Collège de France. L’astrophysicien revient pour la revue du CNRS le Carnet de Science sur son parcours qui l’a mené de Milan aux origines de la vie. 

Il est un des pères du modèle de Nice (2005) qui est une représentation de la dynamique de la dernière étape de formation du Système solaire, quand celui-ci a acquis sa structure actuelle. Il introduit la notion de phases d’instabilités dynamiques. Le point central du modèle s’appuie sur la présence et la mobilité de planètes géantes comme Jupiter et Saturne lors de la formation d’un système. Celles-ci, au cours du temps, voient leurs orbites changer, se transformer, car trop instables. Les planètes géantes interagissent entre elles et, se faisant, influent très fortement sur le reste du Système solaire. En passant à proximité de populations de petits corps, elles perturbent leurs orbites et les dispersent.

Le modèle de Nice, mis au point en 2005 à l’Observatoire de la Côte d’Azur par une collaboration internationale de chercheurs, dont Alessandro Morbidelli, est un scénario qui décrit la formation et l’évolution du Système solaire. On peut voir sur cette simulation la ceinture de Kuiper, composée d’une multitude de petits corps (en blanc) et les orbites des quatre planètes géantes (Jupiter en vert, Saturne en orange, Uranus en bleu clair et Neptune en bleu foncé). AstroMarck / Wikimmedia Commons/ CC BY-SA 3.0 

 Lire son interview complète sur le site du Journal du CNRS issu du n° 15 de la revue du CNRS Carnets de science.

Des scientifiques citoyens aident à découvrir une exoplanète record dans un système stellaire binaire

Une équipe d'astronomes et de scientifiques citoyens a découvert une planète dans la zone habitable d'un système stellaire inhabituel, comprenant deux étoiles et potentiellement une autre exoplanète.

Les chasseurs de planètes ont repéré la planète semblable à Neptune alors qu'elle traversait devant son étoile hôte, atténuant temporairement la lumière de l'étoile d'une manière semblable à une éclipse solaire sur Terre. Cette « méthode de transit » identifie généralement les planètes avec des orbites serrées, car elles sont plus susceptibles de suivre des chemins qui les mettent entre la Terre et leur étoile hôte et, lorsqu'elles suivent de tels chemins, se déplacent plus fréquemment vers des positions bloquant la lumière. C'est pourquoi cette planète nouvellement découverte est considérée comme inhabituellement éloignée, puisqu'elle met 272 jours pour dépasser son étoile.

De plus, l’étoile est désormais de loin l’étoile la plus brillante connue pour héberger une planète en transit dans la zone habitable où l’eau liquide peut exister.

Interprétation artistique de TOI 4633 c, une exoplanète semblable à Neptune trouvée en orbite autour de la zone habitable d'une étoile semblable au Soleil. Le système contient une deuxième étoile (à droite) et pourrait également héberger une autre exoplanète (à gauche). Crédit : Ed Bell pour la Fondation Simons

Les observations de suivi du système ont révélé encore plus de particularités. L’étoile est également autour d’une deuxième planète encore non confirmée avec une orbite de 34 jours et, peut-être le plus intéressant, d’une autre étoile. Ce système unique fournit des données précieuses aux scientifiques qui tentent de comprendre comment les planètes se forment et restent sur des orbites stables dans les systèmes multi-étoiles. Les chercheurs présentent leurs découvertes le 30 avril dans The Astrophysical Journal.

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De nouvelles preuves trouvées pour la planète 9

Une petite équipe de planétologues du California Institute of Technology, de l'Université Côte d'Azur et du Southwest Research Institute rapporte de nouvelles preuves possibles de la planète 9.

Une comparaison des distributions orbitales des simulations à N corps incluant P9 (à gauche) et sans P9 (à droite). Les deux panneaux représentent la distance du périhélie par rapport au demi-grand axe des empreintes orbitales des TNO simulés avec i < 40 degrés. Les lignes de contour superposées représentent les distributions de densité, avec des couleurs plus vives indiquant des concentrations d'objets plus élevées. Alors que les panneaux eux-mêmes affichent des données brutes de simulation, les histogrammes le long des axes montrent une distribution de fréquence biaisée pour les distances du périhélie (verticales) et les demi-grands axes (horizontaux), en supposant une magnitude limite de V lim = 24. Crédit : arXiv (2024 ). DOI : 10.48550/arxiv.2404.11594

En 2015, deux astronomes de Caltech ont découvert plusieurs objets regroupés au-delà de l'orbite de Neptune, près des limites du système solaire. Ce regroupement, ont-ils théorisé, était dû à l’attraction gravitationnelle d’une planète inconnue, qui sera plus tard appelée Planète 9.

Depuis lors, les chercheurs ont trouvé davantage de preuves de l’existence de la planète, toutes circonstancielles. Dans ce nouvel article, l’équipe de recherche rapporte ce qu’elle décrit comme des preuves supplémentaires soutenant l’existence de la planète.

Le travail consistait à suivre les mouvements d'objets à longue période qui traversent l'orbite de Neptune et présentent des mouvements irréguliers au cours de leur voyage. Ils ont utilisé ces observations pour créer plusieurs simulations informatiques, chacune décrivant différents scénarios.

En plus de prendre en compte l'impact de l'attraction gravitationnelle de Neptune , l'équipe a également ajouté des données pour prendre en compte ce que l'on appelle désormais la marée galactique, une combinaison de forces exercées par les objets de la Voie lactée au-delà du système solaire.

L’équipe de recherche a découvert que l’explication la plus plausible du comportement des objets était l’interférence de la gravité exercée par une grande planète lointaine. Malheureusement, les simulations n’étaient pas du type qui permettrait à l’équipe de recherche d’identifier l’emplacement de la planète.

L’équipe reconnaît que d’autres forces pourraient être en jeu et pourraient expliquer le comportement qu’elles ont simulé, mais suggèrent qu’elles sont moins probables. Ils notent également que d'autres preuves seront disponibles puisque l'Observatoire Vera Rubin au Chili devrait commencer ses opérations l'année prochaine. Il sera équipé, notent-ils, pour rechercher de nouvelles manières la planète dans le cadre d’une évaluation rigoureuse de son existence.

Plus d'informations : Konstantin Batygin et al, Génération de TNO à faible inclinaison et traversant Neptune par Planet Nine, arXiv (2024). DOI : 10.48550/arxiv.2404.11594

Le passage des étoiles a modifié l'évolution orbitale de la Terre et d'autres planètes, selon les astronomes

Les étoiles qui passent à côté de notre système solaire ont modifié l’évolution orbitale à long terme des planètes, dont la Terre, et, par extension, modifié notre climat.

Illustration de l'incertitude de l'orbite terrestre il y a 56 millions d'années en raison d'un éventuel passage passé de l'étoile semblable au Soleil HD7977 il y a 2,8 millions d'années. La distance de chaque point au centre correspond au degré d'ellipticité de l'orbite terrestre, et l'angle correspond à la direction pointant vers le périhélie terrestre, ou la distance d'approche la plus proche du Soleil. 100 simulations différentes (chacune avec une couleur unique) sont échantillonnées tous les 1 000 ans pendant 600 000 ans pour construire cette figure. Chaque simulation est cohérente avec les conditions du système solaire moderne, et les différences dans les prévisions orbitales sont principalement dues au chaos orbital et à la rencontre passée avec HD 7977. Crédit : N. Kaib/PSI.

"Les perturbations (une déviation mineure de la trajectoire d'un corps céleste, provoquée par l'attraction gravitationnelle d'un corps voisin) dues au passage des étoiles modifient l'évolution orbitale à long terme des planètes du soleil, y compris la Terre", a déclaré Nathan A. Kaib, senior Scientifique au Planetary Science Institute. Sean Raymond du Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux a également contribué à ces travaux.

 "L'une des raisons pour lesquelles cela est important est que les enregistrements géologiques montrent que les changements dans l'excentricité orbitale de la Terre accompagnent les fluctuations du climat terrestre. Si nous voulons rechercher au mieux les causes des anomalies climatiques anciennes, il est important d'avoir une idée de l'orbite pendant ces épisodes", a déclaré Kaib.

Des simulations (à rebours) sont utilisées pour prédire l'évolution orbitale passée de la Terre et des autres planètes solaires. Semblable aux prévisions météorologiques, cette technique devient de moins en moins précise à mesure qu’on l’étend sur des périodes plus longues en raison de la croissance exponentielle des incertitudes. Auparavant, les effets du passage des étoiles à proximité du soleil n'étaient pas pris en compte dans ces « prévisions rétrospectives ».

Crédit : Institut des sciences planétaires

Lorsque le Soleil et les autres étoiles gravitent autour du centre de la Voie lactée, ils peuvent inévitablement se croiser, parfois à quelques dizaines de milliers d'ua, 1 ua étant la distance entre la Terre et le soleil. Ces événements sont appelés rencontres stellaires. Par exemple, une étoile passe à moins de 50 000 ua du soleil tous les 1 million d'années en moyenne, et une étoile passe à moins de 10 000 ua du soleil tous les 20 millions d'années en moyenne. Les simulations de cette étude incluent ces types d’événements, contrairement à la plupart des simulations similaires antérieures.

L’une des principales raisons pour lesquelles l’excentricité orbitale de la Terre fluctue au fil du temps est qu’elle reçoit régulièrement des perturbations de la part des planètes géantes de notre système solaire (Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune). En passant à proximité de notre système solaire, les étoiles perturbent les orbites de la planète géante, ce qui modifie alors la trajectoire orbitale de la Terre. Ainsi, les planètes géantes servent de lien entre la Terre et les étoiles qui passent.

Le gap entre super-Terres et sous-Neptunes enfin expliqué

Parmi la population de plus 5000 exoplanètes connues à ce jour, il existe un trou incompris dans la distribution du rayon des planètes, entre les superTerres et les sous-Neptunes (vers R ∼ 1,7  R ⊕). Une équipe d'astronomes s'est repenchée sur cette question et a trouvé une solution très intéressante... Ils publient leur étude dans Nature Astronomy.

La "vallée du rayon" qui est observée dans la distribution du rayon des exoplanètes, sépare les super-Terres des sous-Neptunes (R ∼ 1,7  R ⊕). C'est une caractéristique clé que les modèles théoriques doivent expliquer mais n'ont pas encore réussi à faire. Classiquement, ce gap est interprété comme étant le résultat de la perte des enveloppes primordiales d’hydrogène et d’hélium (H/He) autour de noyaux rocheux. Pour creuser cette problématique, Remo Burn (Max Planck Institut für Astronomie, Heidelberg) et ses collaborateurs ont construit une modélisation avancé de formation et d'évolution qui décrit la croissance et l'évolution des planètes, depuis des corps solides de la taille d'une lune dans un disque protoplanétaire jusqu'aux systèmes planétaires matures. En utilisant de nouvelles équations d'état et des modèles de structure intérieure pour traiter l'eau sous forme de vapeur mélangée à de l'hydrogène et de l'hélium, Burn et ses collaborateurs parviennent à reproduire naturellement la "vallée du rayon" à l'emplacement qui est observé dans la distribution statistiques des exoplanètes. 

Lire l'article sur le site de Ca Se Passe Là-Haut

Uranus et Neptune livrent leurs véritables couleurs

Une étude révèle que les deux géantes de glace seraient d’un bleu verdâtre similaire, et donc de couleurs bien moins contrastées que ce que laissaient croire les images de la sonde spatiale américaine Voyager-2, datant des années 1980.

Les panneaux (a) et (b) montrent les premières images de l’apparence visible d’Uranus (a) et de Neptune (b), reconstruites à partir des images de 1986 et 1989. Les panneaux (c) et (d) montrent des reconstructions plus récentes des couleurs de ces mêmes planètes. JPL-CALTECH / BJÖRN JÓNSSON / NASA

Uranus est bleu pâle, Neptune bleu azur. C’est du moins ce que l’on croyait sur la foi des images envoyées par la sonde spatiale américaine Voyager-2 en 1986 et en 1989. Une étude, publiée le 5 janvier dans le journal Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, vient détruire cette idée reçue. En réalité, les deux géantes de glace seraient d’un bleu verdâtre assez similaire. « La différence de couleur entre Uranus et Neptune est beaucoup moins nette que celle qui avait été observée dans les images couleur publiées immédiatement après les survols par Voyager-2 d’Uranus en 1986 et de Neptune en 1989 », écrivent Patrick Irwin, de l’université d’Oxford (Royaume-Uni), et ses collègues.

Lire l'article Du Monde (offert et reproduit ici sur notre blog) ainsi que les articles sur Ciel & Espace, Sciences et Avenir et  Phys.org. 

Le télescope James-Webb fait aussi des découvertes dans le Système solaire externe

Outre les tréfonds de l’Univers, le télescope spatial James-Webb se concentre également sur tout ce qui se trouve au-delà de l’orbite martienne : Uranus, Neptune, Jupiter et Saturne, et en rapporte une belle moisson d’observations.

Lire l'article Du Monde (réservé aux abonnés) temporairement reproduit ici.

Avec le Webb et son instrument MIRI, on entre dans une nouvelle ère d’exploration des atmosphères d’exoplanètes

Grâce au télescope spatial James Webb, une équipe internationale de scientifiques, dirigée par le Département d’Astrophysique du CEA, a observé pour la première fois en infrarouge moyen l'atmosphère enflée de l'exoplanète WASP-107b lors de son passage devant son étoile, dans l'objectif de caractériser son atmosphère.

Si de la vapeur d'eau a bien été détectée, celle-ci est accompagnée de dioxyde de soufre (SO2) et de nuages de silicates (que l'on peut voir comme des nuages de sable) et non de méthane (CH4) comme les modèles le prédisaient. La détection de dioxyde de soufre peut s'expliquer par des réactions photochimiques en très haute atmosphère due à la forte irradiation par les photons de l'étoile. Et pour cause, la planète est extrêmement proche de son étoile, elle orbite en seulement cinq jours autour d'elle. L'absence de méthane est à ce jour inexpliquée et va nécessiter de repenser les modèles et donc les mécanismes physiques et chimiques à l'œuvre dans cette atmosphère. La détection de nuages de silicates dans une planète de faible masse comme une Neptune est une première. Ces découvertes montrent donc que si l'environnement de la planète compte, en particulier l'irradiation de son étoile, la prise en compte de la dynamique de l’atmosphère va devenir de plus en plus indispensable pour comprendre les atmosphères exoplanétaires.

WASP-107b est une exoplanète gazeuse, unique en son genre, une super-Neptune très particulière car elle a la masse de Neptune mais le rayon de Jupiter. Son atmosphère est donc très enflée. Elle orbite en 5 jours autour de son étoile et subit des conditions d'irradiation extrêmes par rapport aux planètes de notre Système solaire. Le caractère enflé de cette exoplanète permet aux astronomes d'explorer son atmosphère plus profondément que pour une géante du système solaire comme Jupiter. C’est un laboratoire idéal pour aller sonder les éléments chimiques qui composent les couches de son atmosphère.

 
Video animation of WASP-107b transiting its parent star

Credits: Illustration: LUCA School of Arts, Belgium/ Klaas Verpoest (visuals), Johan Van Looveren (typography). Science: Achrène Dyrek (CEA and Université Paris Cité, France), Michiel Min (SRON, the Netherlands), Leen Decin (KU Leuven, Belgium) / European MIRI EXO GTO team / ESA / NAS

Lire l'article sur site du CEA et celui qui en inspiré sur Futura Sciences (enfin, plus ou moins, dirons-nous...).

Un nouveau système de sept planètes dans le Catalogue KEPLER des exoplanètes

Un système de sept planètes a été révélé par l'étude des données du télescope spatial KEPLER. Les sept planètes de ce système, appelées Kepler-385, sont plus grandes que la Terre mais plus petites que Neptune. C'est l'un des rares systèmes planétaires connus à contenir plus de six planètes.
Le système Kepler-385 fait partie d'un nouveau Catalogue KEPLER qui contient près de 4 400 planètes candidates, dont plus de 700 systèmes multi-planétaires.

Vue d'artiste de Kepler-385, le système à sept planètes révélé dans un nouveau
 catalogue de planètes candidates découvertes par le télescope spatial Kepler de la NASA. NASA/Daniel Rutter

Lire la suite sur le site de la NASA

Webb découvre du méthane et du dioxyde de carbone dans l'atmosphère de K2-18b

tte vue d'artiste montre à quoi pourrait ressembler l’exoplanète K2-18 b sur la base de données scientifiques. K2-18 b, une exoplanète 8,6 fois plus massive que la Terre, orbite autour de l'étoile naine froide K2-18 et se trouve à 120 années-lumière de la Terre. Une nouvelle observation menée avec le télescope spatial James Webb sur K2-18 b a révélé la présence de molécules carbonées, notamment de méthane et de dioxyde de carbone. L'abondance de méthane et de dioxyde de carbone, ainsi que la pénurie d'ammoniac, confortent l'hypothèse selon laquelle il pourrait y avoir un océan d'eau sous une atmosphère riche en hydrogène dans K2-18 b.

Crédits : Illustration : NASA, CSA, ESA, J. Olmsted (STScI), Science : N. Madhusudhan (Cambridge University)

Une nouvelle observation menée avec le télescope spatial James Webb sur K2-18 b, une exoplanète 8,6 fois plus massive que la Terre, a révélé la présence de molécules contenant du carbone, notamment du méthane et du dioxyde de carbone. La découverte de Webb s’ajoute à des études récentes suggérant que K2-18 b pourrait être une exoplanète hycéenne, susceptible de posséder une atmosphère riche en hydrogène et une surface recouverte d’eau et d’océan.

Les premiers aperçus des propriétés atmosphériques de cette exoplanète pouvant potentiellement abriter la vie sont venus d’observations réalisées avec le télescope spatial Hubble. Des nouvelles études ont depuis modifié notre compréhension du système.

K2-18 b orbite autour de l'étoile naine froide K2-18 et se trouve à 120 années-lumière de la Terre dans la constellation du Lion. Les exoplanètes telles que K2-18 b, dont la taille se situe entre celles de la Terre et de Neptune, ne ressemblent à rien de ce qui existe dans notre système solaire. Cette absence de planètes proches équivalentes signifie que ces « sous-Neptunes » sont mal comprises et la nature de leurs atmosphères fait l’objet d’un débat actif parmi les astronomes.

La suggestion selon laquelle la sous-Neptune K2-18 b pourrait être une exoplanète hycéenne est intrigante, car certains astronomes pensent que ces mondes sont des environnements prometteurs pour rechercher des preuves de la vie sur les exoplanètes.

"Nos résultats soulignent l'importance de prendre en compte la diversité des environnements habitables dans la recherche de la vie ailleurs", a expliqué Nikku Madhusudhan, astronome à l'Université de Cambridge et auteur principal de l'article annonçant ces résultats. "Traditionnellement, la recherche de vie sur les exoplanètes s'est concentrée principalement sur les planètes rocheuses plus petites, mais les mondes hycéens plus grands sont nettement plus propices aux observations atmosphériques."

L'abondance de méthane et de dioxyde de carbone, ainsi que la pénurie d'ammoniac, confortent l'hypothèse selon laquelle il pourrait y avoir un océan d'eau sous une atmosphère riche en hydrogène sur K2-18 b. Ces premières observations de Webb ont également permis de détecter une molécule appelée sulfure de diméthyle (DMS). Sur Terre, elle n’est produit que par la vie. La majeure partie du DMS présent dans l’atmosphère terrestre est émise par le phytoplancton des environnements marins.

Le graphique montre les spectres de Webb de l'exoplanète K2-18 b. Les colonnes verticales magenta, rouge et verte sur le tracé indiquent les signatures du méthane, du dioxyde de carbone et du sulfure de diméthyle. Derrière le graphique se trouve une illustration de la planète et de son étoile. Les spectres de K2-18 b, obtenus avec le NIRISS (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph) et le NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) de Webb, montrent une abondance de méthane et de dioxyde de carbone dans l'atmosphère de l'exoplanète, ainsi qu'une possible détection d'un molécule appelée sulfure de diméthyle (DMS). La détection de méthane et de dioxyde de carbone, ainsi que la pénurie d'ammoniac, confortent l'hypothèse selon laquelle il pourrait y avoir un océan d'eau sous une atmosphère riche en hydrogène dans K2-18 b. K2-18 b, 8,6 fois plus massive que la Terre, orbite autour de l'étoile naine froide K2-18 dans la zone habitable et se trouve à 120 années-lumière de la Terre. 
Crédits : Illustration : NASA, CSA, ESA, R. Crawford (STScI), J. Olmsted (STScI), Science : N. Madhusudhan (Cambridge University) 

L'inférence du DMS est moins robuste et nécessite une validation plus approfondie. "Les prochaines observations de Webb devraient pouvoir confirmer si le DMS est effectivement présent dans l'atmosphère de K2-18 b à des niveaux significatifs", a expliqué Madhusudhan.

Même si K2-18 b se situe dans la zone habitable et est désormais connu pour héberger des molécules carbonées, cela ne signifie pas nécessairement que la planète peut abriter la vie. La grande taille de la planète – avec un rayon 2,6 fois supérieur à celui de la Terre – signifie que l’intérieur de la planète contient probablement un vaste manteau de glace à haute pression, comme Neptune, mais avec une atmosphère plus fine, riche en hydrogène et une surface océanique. 

Les mondes hycéens devraient avoir des océans d’eau. Cependant, il est également possible que l’océan soit trop chaud pour être habitable ou être liquide. "Bien que ce type de planète n'existe pas dans notre système solaire, les planètes sub-Neptunes sont le type de planète le plus courant connu jusqu'à présent dans la galaxie", a expliqué Subhajit Sarkar, membre de l'équipe de l'Université de Cardiff. "Nous avons obtenu à ce jour le spectre le plus détaillé d'une zone habitable sous-Neptune, ce qui nous a permis de déterminer les molécules qui existent dans son atmosphère." 

Caractériser l’atmosphère des exoplanètes comme K2-18 b – c’est-à-dire identifier leurs gaz et leurs conditions physiques – est un domaine très actif en astronomie. Cependant, ces planètes sont littéralement éclipsées par l’éclat de leurs étoiles mères beaucoup plus grandes, ce qui rend l’exploration des atmosphères des exoplanètes particulièrement difficile.

L'équipe a contourné ce défi en analysant la lumière de l'étoile mère de K2-18 b alors qu'elle traversait l'atmosphère de l'exoplanète. K2-18 b est une exoplanète en transit, ce qui signifie que nous pouvons détecter une baisse de luminosité lors de son passage devant la face de son étoile hôte. C’est ainsi que l’exoplanète a été découverte pour la première fois en 2015 avec la mission K2 de la NASA. 

Cela signifie que lors des transits, une infime fraction de la lumière des étoiles traversera l'atmosphère de l'exoplanète avant d'atteindre des télescopes comme Webb. Le passage de la lumière des étoiles à travers l’atmosphère de l’exoplanète laisse des traces que les astronomes peuvent reconstituer pour déterminer les gaz de l’atmosphère de l’exoplanète. "Ce résultat n'a été possible que grâce à la gamme de longueurs d'onde étendue et à la sensibilité sans précédent de Webb, qui ont permis une détection robuste des caractéristiques spectrales avec seulement deux transits", a déclaré Madhusudhan. "À titre de comparaison, une observation de transit avec Webb a fourni une précision comparable à huit observations avec Hubble réalisées sur quelques années et dans une plage de longueurs d'onde relativement étroite." "Ces résultats sont le produit de seulement deux observations de K2-18 b, et bien d'autres sont en cours", a expliqué Savvas Constantinou, membre de l'équipe de l'Université de Cambridge. "Cela signifie que notre travail ici n'est qu'une première démonstration de ce que Webb peut observer dans les exoplanètes en zone habitable. 

Les résultats de l’équipe ont été acceptés pour publication dans The Astrophysical Journal Letters. L'équipe a maintenant l'intention de mener des recherches de suivi avec le spectrographe MIRI (Mid-Infrared Instrument) du télescope qui, espère-t-elle, valideront davantage leurs résultats et fourniront de nouvelles informations sur les conditions environnementales sur K2-18 b. "Notre objectif ultime est l'identification de la vie sur une exoplanète habitable, ce qui transformerait notre compréhension de notre place dans l'univers", a conclu Madhusudhan. "Nos découvertes constituent une étape prometteuse vers une compréhension plus profonde des mondes hycéens dans cette quête." 

Quelques précisions : 

Exoplanète hycéenne : Des scientifiques de Cambridge ont inventé, le mardi 24 août 2021, une nouvelle famille d’exoplanètes – baptisées "hycéennes" – qui pourraient multiplier les chances de trouver d’autres planètes habitables dans l’univers : une planète "hycéenne" serait recouverte d'eau, dotée d'une atmosphère gorgée d'hydrogène et la température sur sa surface serait dans la limite de ce qui est considéré comme acceptable sur Terre pour des formes de vie. Un postulat qui ne satisfait pas tout le monde dans le milieu scientifique. 

K2-18b, exoplanète de la discorde initiée par Nikku Madhusudhan : Les conclusions des chercheurs de Cambridge en 2021 étaient loin de faire l'unanimité quant à l'habitabilité de cette exoplanète. "On ne sait pas si des planètes telles que décrites par les équipes de Nikku Madhusudhan existent réellement. Pour l'instant, c'est purement théorique", affirme Martin Turbet, astrophysicien à l'observatoire astronomique de Genève. Tout l'imbroglio scientifique remonte au point de départ de l'hypothèse des planètes "hycéennes" habitables. Il s'agit d'une exoplanète baptisée K2-18b, située à environ 124 années-lumière de la Terre. L'équipe de Nikku Madhusudhan estime que cette mini-Neptune pourrait bien présenter toutes les conditions requises : de grandes quantités d'eau, une atmosphère riche en hydrogène et une température acceptable pour la vie à sa surface. K2-18b devient alors la mère de la famille des planètes "hycéennes". "À partir de nos recherches sur K2-18b, nous avons établi un modèle qui nous a permis de calculer les conditions nécessaires pour que des planètes avec une atmosphère riche en hydrogène puissent être habitables", explique le scientifique de Cambridge. Sauf que Nikku Madhusudhan est un peu seul à trouver que K2-18b pourrait être habitable. "Nous n'avons jamais réussi à reproduire les calculs qui lui ont permis d'arriver à sa conclusion", affirme Jérémy Leconte, astrophysicien à l'université de Bordeaux. Des autres scientifiques ont également confirmé avoir des doutes sur le modèle utilisé par le chercheur de Cambridge.