De toutes les super-Terres potentielles (des exoplanètes telluriques plus massives que la Terre), une exoplanète en orbite autour d’une étoile située à seulement 40 années-lumière de nous dans la constellation de la Baleine pourrait être la plus similaire à avoir été découverte jusqu’à présent.
L’exoplanète LHS 1140 b était considérée comme une mini-Neptune lorsqu’elle a été découverte par le télescope spatial James Webb de la NASA vers la fin de 2023. Après avoir analysé les données de ces observations, une équipe de chercheurs, dirigée par l’astronome Charles Cadieux, de l’Université de Montréal, suggère que LHS 1140 b est plus probablement une super-Terre.
Si cette planète est une version alternative de la nôtre, sa proximité relative avec son étoile naine rouge signifie qu’il s’agirait très probablement d’une gigantesque boule de neige ou d’un corps presque entièrement gelé avec un océan sous-stellaire (région la plus proche de son étoile) qui lui donne l’apparence d’un globe oculaire cosmique. On pense aujourd’hui qu’il s’agit de l’exoplanète ayant la meilleure chance de contenir de l’eau liquide à sa surface, et qu’elle pourrait donc même être habitable.
Cadieux et son équipe affirment avoir trouvé « des preuves alléchantes d’une [nitrogen]« une atmosphère dominée par l’atmosphère sur une super-Terre en zone habitable » dans une étude récemment publiée dans The Astrophysical Journal Letters.
Désolé, Neptune…
En décembre 2023, deux transits de LHS 1140 b ont été observés avec l’instrument NIRISS (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph) à bord de Webb. NIRISS est spécialisé dans la détection d’exoplanètes et permet d’en savoir plus sur elles grâce à la spectroscopie de transit, qui capte la lumière de l’étoile hôte d’une planète en orbite lorsqu’elle traverse l’atmosphère de cette planète et se dirige vers la Terre. L’analyse des différentes bandes spectrales de cette lumière peut alors renseigner les scientifiques sur les atomes et molécules spécifiques qui existent dans l’atmosphère de la planète.
Pour tester l’hypothèse précédente selon laquelle LHS 1140 b est un mini-Neptune, les chercheurs ont créé un modèle climatique global en 3D, ou GCM. Ce modèle a utilisé des mathématiques complexes pour explorer différentes combinaisons de facteurs qui composent le système climatique d’une planète, comme la terre, les océans, la glace et l’atmosphère. Plusieurs GCM différents d’un mini-Neptune ont été comparés au spectre lumineux observé par spectroscopie de transit. Le modèle d’un mini-Neptune implique généralement une géante gazeuse avec une atmosphère épaisse, sans nuages ou presque sans nuages, dominée par l’hydrogène, mais les bandes spectrales de ce modèle ne correspondaient pas aux observations du NIRISS.
La possibilité d’un mini-Neptune étant en grande partie exclue (bien que d’autres observations et analyses soient nécessaires pour le confirmer), l’équipe de Cadieux s’est tournée vers une autre possibilité : une super-Terre.
Une Terre loin de la Terre ?
Les spectres observés avec NIRISS étaient plus proches des GCM d’une super-Terre. Ce type de planète aurait typiquement une épaisse couche d’azote ou de CO2-atmosphère riche en eau enveloppant une surface rocheuse sur laquelle se trouvait une certaine forme d’eau, qu’elle soit gelée ou liquide.
Les modèles suggèrent également une atmosphère secondaire, qui est une atmosphère formée après que l’atmosphère originelle d’éléments légers (hydrogène et hélium) se soit échappée au cours des premières phases de la formation d’une planète. Les atmosphères secondaires sont formées d’éléments plus lourds libérés par la croûte terrestre, tels que la vapeur d’eau, le dioxyde de carbone et le méthane. On les trouve généralement sur les planètes chaudes et telluriques (la Terre possède une atmosphère secondaire).
Les données les plus significatives de Webb/NIRISS qui ne correspondent pas aux modèles de circulation générale montrent que la planète a une densité plus faible (sur la base de mesures de sa taille et de sa masse) que celle attendue pour un monde rocheux. Cela est cohérent avec un monde aquatique dont la masse est d’environ 10 à 20 pour cent d’eau. Sur la base de cette estimation, les chercheurs pensent que LHS 1140 b pourrait même être une planète hycéenne, c’est-à-dire une planète océanique qui possède la plupart des attributs d’une super-Terre, mais dont l’atmosphère est dominée par l’hydrogène au lieu de l’azote.
Comme elle orbite autour d’une étoile faible suffisamment près pour être verrouillée par les marées, certains modèles suggèrent une planète principalement glacée avec un océan liquide sous-stellaire sur sa face diurne.
Même si LHS 1140 b pourrait être une super-Terre, l’hypothèse d’une planète hycéenne pourrait bien être écartée. Les planètes hycéennes sont sujettes à l’effet de serre incontrôlable, qui se produit lorsque suffisamment de gaz à effet de serre s’accumulent dans l’atmosphère d’une planète et empêchent la chaleur de s’échapper. L’eau liquide finira par s’évaporer sur une planète qui ne peut pas se refroidir.
Bien que nous soyons sur le point de découvrir de quel type de planète il s’agit et si elle pourrait être habitable, des observations supplémentaires sont nécessaires. Cadieux souhaite poursuivre ces recherches en comparant les données de NIRISS avec celles d’autres super-Terres, recueillies auparavant par l’instrument NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) de Webb. Au moins trois observations de transit de la planète avec l’instrument MIRI (Mid-Infrared Instrument) de Webb sont également nécessaires pour s’assurer que le rayonnement stellaire n’interfère pas avec les observations de la planète elle-même.
« Étant donné la visibilité limitée de LHS 1140b, plusieurs années d’observations pourraient être nécessaires pour détecter son atmosphère secondaire potentielle », ont déclaré les chercheurs dans la même étude.
Cette planète pourrait-elle être une exo-Terre gelée ? Le suspense va durer quelques années.
Lettres de la revue Astrophysical Journal, 2024. DOI: 10.3847/2041-8213/ad5afa