Une découverte surprenante : des chercheurs ont identifié du samarium dans l’atmosphère de l’exoplanète MASCARA-4b. Il s’agit de l’élément le plus lourd jamais détecté sur une exoplanète, dépassant largement le précédent record : le baryum. Cette découverte met en lumière la complexité insoupçonnée des jupitériennes ultra-chaudes et constitue une avancée significative dans la compréhension de leur formation et de leur évolution.
Découverte en 2020 et située à 557 années-lumière de la Terre, MASCARA-4b est une exoplanète gazeuse dont la masse équivaut à environ trois fois celle de Jupiter. Ses nombreuses couches de gaz denses, sa masse imposante et sa température de surface pouvant atteindre 2000 °C lui confèrent le statut de jupitérienne ultra-chaude. Cette température extrême résulte de sa proximité avec son étoile hôte de type A, située à seulement 0,047 unité astronomique, autour de laquelle elle orbite en à peine 2,8 jours.
Le samarium a été détecté sur l’exoplanète par une équipe des Observatoires astronomiques nationaux de Chine. En procédant à une analyse spectroscopique de l’atmosphère de la planète avec le Very Large Telescope au Chili, les chercheurs y ont découvert divers éléments lourds. Les planètes jupitériennes chaudes se prêtent en effet particulièrement bien à la spectroscopie, du fait de leur proximité avec leur étoile, des températures extrêmes qui règnent en leur sein et de l’ampleur de leur atmosphère.
Parmi les éléments lourds identifiés par les chercheurs se trouve le baryum, précédemment considéré comme l’élément le plus lourd jamais détecté sur une exoplanète et découvert initialement sur WASP-76 b et WASP-121 b. De façon surprenante, les chercheurs ont cette fois également identifié du samarium, un élément encore plus lourd que le baryum, dans l’atmosphère de MASCARA-4b.
Une découverte déconcertante
En tant qu’éléments lourds, des éléments tels que le baryum devraient se trouver principalement dans les couches profondes des atmosphères des exoplanètes géantes gazeuses. Selon les auteurs de l’étude, prépubliée sur arXiv, chaque étoile et planète devrait contenir ces éléments dès leur formation. Toutefois, leur numéro atomique ou leur quantité de protons devrait les empêcher d’être facilement détectables dans la haute atmosphère des jupitériennes. Ces éléments lourds devraient notamment se situer dans les régions à basse altitude et à pression élevée, en raison de la gravité de ces planètes.
Les observations menées par les chercheurs chinois ont révélé pour la première fois la présence du rubidium et du samarium sur une exoplanète. Si le rubidium est un élément alcalin (à l’instar du sodium et du potassium), le samarium (dont le numéro atomique est 62) en revanche, est le premier élément de la série des lanthanides à être détecté sur une exoplanète, et est nettement plus lourd que le baryum (dont le numéro atomique est 56).
La détection du samarium implique que cet élément se trouve en haute altitude et suggère que les atmosphères des jupitériennes ultra-chaudes pourraient receler d’éléments lourds, dans des quantités bien plus importantes qu’on ne le pensait jusqu’ici. De plus, la présence du samarium indique que l’atmosphère de MASCARA-4b est plutôt pauvre en eau et en oxygène, l’élément ayant tendance à réagir avec ces derniers.
Sur Terre, des éléments lourds tels que le baryum et le samarium peuvent parfois se retrouver naturellement dans l’atmosphère et dans la croûte terrestre, mais en quantités infimes. La présence de ces éléments aussi haut dans l’atmosphère des exoplanètes jupitériennes comme MASCARA-4b intrigue les scientifiques et soulève de nombreuses questions sur l’environnement atmosphérique de ces planètes.
De surcroît, les résultats de cette nouvelle étude suggèrent que les jupitériennes ultra-chaudes pourraient être bien plus complexes qu’on ne l’imaginait. Les scientifiques espèrent en apprendre davantage grâce aux futurs instruments capables de fournir des observations plus approfondies, tels que le spectrographe à haute résolution Armazones High Dispersion Echelle (ANDES) de l’Extremely Large Telescope (actuellement en construction au Chili). Ce dispositif permettra non seulement d’analyser les exoplanètes géantes gazeuses avec une précision accrue, mais également d’étudier les exoplanètes rocheuses, plus petites et plus difficiles à observer.
L'année-lumière est une unité de longueur utilisée pour exprimer
des distances astronomiques. Elle est définie par l'Union
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