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En attendant l’arrivée du télescope spatial James Webb prévu pour 2021, le télescope Hubble continue de permettre aux astrophysiciens d’effectuer d’extraordinaires découvertes. C’est le cas concernant l’exoplanète K2-18 b, dans laquelle de la vapeur d’eau a récemment été détectée dans son atmosphère par deux équipes distinctes d’astrophysiciens américains et britanniques. Des nuages d’eau liquide pourraient même y évoluer. S’il ne s’agit pas de la première exoplanète pour laquelle de la vapeur d’eau atmosphérique est découverte, il s’agit toutefois de la toute première exoplanète située dans la zone habitable de son étoile pour laquelle c’est le cas.

Les astrophysiciens ont détecté de la vapeur d’eau dans l’atmosphère d’une exoplanète située dans la zone habitable de son étoile hôte, à environ 110 années-lumière de la Terre. Cette nouvelle étude porte sur K2-18 b, une exoplanète découverte en 2015, orbitant une étoile naine rouge suffisamment proche pour recevoir à peu près la même quantité de rayonnement de son étoile que la Terre en reçoit du Soleil. Cependant, bien que ces conditions soient relativement similaires à celles de la Terre, les deux planètes demeurent toutefois différentes.

Auparavant, les astrophysiciens avaient déjà découvert des géantes gazeuses contenant de la vapeur d’eau dans leur atmosphère, mais le cas de K2-18 b est particulier car il s’agit de la première exoplanète située en zone habitable contenant de la vapeur d’eau. L’article, publié sur le serveur de pré-publication arXiv, va même jusqu’à suggérer que la planète héberge des nuages ​d’eau liquide à l’origine de précipitations. Une seconde étude distincte, publiée dans la revue Nature Astronomy, a confirmé la présence de vapeur d’eau.

transit vapeur eau

Spectre de transmission de K2-18 b issu des analyses spectroscopiques effectuées par les chercheurs. La caractéristique principale de ce spectre est l’augmentation notable de la profondeur du transit coïncidant avec la bande spectrale de vibration de la vapeur d’eau à 1.4 µm. Crédits : Björn Benneke et al. 2019

« La détection de la vapeur d’eau nous est apparue relativement explicite assez tôt » déclare Björn Benneke, professeur à l’Institut de recherche sur les exoplanètes de l’Université de Montréal. Alors, lui et ses collègues ont mis au point de nouvelles techniques d’analyse pour démontrer que des nuages ​​composés de gouttelettes d’eau liquide existent probablement sur K2-18 b.

Une exoplanète potentiellement habitable… Mais une présence de vie peu plausible

Parce que cette étude a trouvé des preuves d’eau liquide et d’hydrogène dans l’atmosphère de cette exoplanète et qu’elle se trouve dans la zone habitable, il est possible que cette exoplanète soit habitable. Des études antérieures ont montré que d’autres gaz essentiels à la vie peuvent être détectés dans les atmosphères riches en hydrogène de certaines planètes.

De telles études ont suggéré que les planètes avec des atmosphères riches en hydrogène pourraient héberger certaines formes de vie, selon Benneke. Cependant, la grande atmosphère de K2-18 b est extrêmement épaisse et crée des conditions de haute pression, ce qui « empêche probablement la vie telle que nous la connaissons d’exister à la surface de la planète » expliquent les chercheurs.

Vidéo expliquant les raisons pour lesquelles, bien qu’étant dans la zone habitable de son étoile, K2-18 b reste un milieu hostile :

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Ainsi, bien que Benneke n’exclut pas la possibilité que cette exoplanète puisse, en théorie, supporter une sorte de vie, il n’y a « certainement pas d’animal rampant sur cette planète » indique Benneke. Ceci est particulièrement vrai compte tenu du fait « qu’il n’y a rien sur quoi ramper », car la planète n’a pas vraiment de surface, ajoute-t-il. « La majeure partie de cette planète, en volume, est constituée par cette grande enveloppe gazeuse ».

Comme Benneke l’a décrit, la planète est probablement une sorte de noyau, potentiellement rocheux, entouré d’une énorme enveloppe d’hydrogène gazeux contenant de la vapeur d’eau.

Enveloppe gazeuse, nuages et précipitations

Bien que les chercheurs aient trouvé des indices indiquant des nuages ​​d’eau liquide sur K2-18 b, en raison de son manque de surface, les précipitations ne pourraient pas s’accumuler sur la planète. À mesure que les précipitations traversent l’épaisse couche de gaz entourant le noyau de la planète, elles deviendraient si chaudes que l’eau s’évaporerait dans les nuages, ​​où elles se condenseraient et retomberaient à nouveau, explique Benneke.

graphiques eau nuage

Graphiques présentant les résultats des trois meilleurs modèles atmosphériques : (vert) eau + nuages, (jaune) eau + azote et (bleu) eau seule, concernant K2-18 b. Les données indiquent que le scénario eau + nuages est le plus probable. Crédits : Angelos Tsiaras et al. 2019

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Sans surface réelle, atterrir sur la planète serait également presque impossible, surtout parce que le gaz est tellement épais et possède une pression si élevée que tout vaisseau spatial créé sur Terre qui y serait envoyé serait détruit. « Il y a des millions de bars de pression, il serait simplement écrasé et réduit en morceaux ».

La formation de K2-18 b

Benneke suggère que, potentiellement, cette planète s’est formée via un noyau rocheux accumulant d’immenses quantités de gaz, « comme un aspirateur ». Cette accumulation de gaz aurait plus que doublé le rayon de la planète et multiplié par huit son volume (à titre de comparaison, K2-18 b est environ neuf fois plus massive que la Terre et environ deux fois plus grande).

Pour en arriver à ces conclusions, l’équipe de recherche a analysé les données provenant des observations du télescope spatial Hubble effectuées entre 2016 et 2017 sur la planète K2-18 b, passant devant son étoile à huit reprises. Cette technique permet aux astrophysiciens de détecter des signatures distinctes de molécules telles que l’eau dans l’atmosphère d’une planète.

L’équipe prévoit d’étendre encore cette recherche en étudiant K2-18 b avec le télescope spatial James Webb de la NASA, qui devrait être lancé en 2021. Ce type de recherche, explique Benneke, a pour objectif final de « pouvoir étudier de vraies planètes semblables à la Terre. Nous n’en sommes pas encore là, mais c’est vraiment excitant ».

Vidéo expliquant comment le télescope Hubble permet aux astrophysiciens d’étudier l’atmosphère des exoplanètes :

Sources : arXiv, Nature Astronomy

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