Les astronomes ont fait une découverte révolutionnaire en utilisant le télescope spatial James Webb : la première détection confirmée de sulfure d’hydrogène gazeux dans les atmosphères de trois exoplanètes massives en orbite autour de l’étoile HR 8799. Cette découverte fournit des preuves cruciales sur la façon dont ces géantes gazeuses se sont formées, suggérant qu’elles ont accumulé des matériaux solides au début de leur développement, un processus qui pourrait faire la lumière sur la formation des planètes à travers l’univers.
Le système HR 8799 : un laboratoire unique
HR 8799 est une étoile relativement jeune, âgée de seulement 30 millions d’années, située à environ 129 années-lumière dans la constellation de Pégase. Contrairement à la plupart des exoplanètes, qui sont détectées indirectement, les quatre planètes en orbite autour de HR 8799 (b, c, d et e) sont directement visibles grâce à de puissants télescopes. Ces super-Jupiters ont une masse cinq à dix fois supérieure à celle de Jupiter et gravitent à de grandes distances de leur étoile, soit environ 15 fois plus loin que la Terre ne l’est du Soleil.
Ce système est remarquable car c’est le seul actuellement connu à héberger quatre géantes gazeuses massives. Cette découverte soulève des questions fondamentales sur la manière dont de tels systèmes se forment, étant donné que la plupart des autres systèmes exoplanétaires observés ont moins de compagnons, ou des compagnons plus petits.
Le soufre comme indicateur clé de la formation solide
L’équipe de recherche, dirigée par le Dr Jean-Baptiste Ruffio de l’Université de Californie à San Diego, a utilisé la sensibilité exceptionnelle de Webb pour analyser la composition atmosphérique des planètes c, d et e. La conclusion clé ? La présence de sulfure d’hydrogène (H₂S).
Pourquoi le soufre est-il important ? Contrairement au carbone ou à l’oxygène, qui peuvent provenir à la fois de gaz et de matériaux solides dans un disque planétaire, le soufre à de telles distances d’une étoile doit provenir d’un matériau solide. Le soufre en phase gazeuse ne survivrait pas à ces températures. Cela signifie que les planètes ont accumulé du soufre sous forme de solides lors de leur formation.
“Il est impossible que ces planètes aient accumulé du soufre sous forme de gaz”, a expliqué le Dr Jerry Xuan, chercheur postdoctoral à l’UCLA et à Caltech.
L’équipe a développé de nouvelles techniques d’analyse de données pour extraire les signaux faibles des observations de Webb, étant donné que les planètes sont environ 10 000 fois plus faibles que leur étoile.
Tendances universelles dans la composition de la planète
Le rapport soufre/hydrogène, ainsi que carbone et oxygène, est nettement plus élevé dans ces exoplanètes que dans HR 8799 lui-même. Cela indique une nette différence de composition entre les planètes et leur étoile mère.
Il est intéressant de noter que ce même schéma d’enrichissement en éléments lourds est également observé sur Jupiter et Saturne dans notre propre système solaire. Cela suggère que des planètes dans différents systèmes peuvent se former avec une tendance similaire à accumuler des éléments lourds dans des proportions à peu près égales.
“Il n’est pas facile d’expliquer l’enrichissement uniforme en carbone, oxygène, soufre et azote de Jupiter, mais le fait que nous observions cela dans un système différent suggère qu’il se passe quelque chose d’universel dans la formation des planètes”, a déclaré le Dr Xuan.
Implications futures pour les recherches sur des planètes semblables à la Terre
Les méthodes utilisées dans cette étude, consistant à séparer visuellement et spectralement les planètes de leurs étoiles, seront cruciales pour les futures recherches sur les exoplanètes. Bien qu’actuellement limitées aux géantes gazeuses, à mesure que les télescopes s’améliorent, les scientifiques prévoient d’appliquer ces techniques pour étudier en détail des planètes semblables à la Terre.
La recherche d’analogues terrestres reste un objectif à long terme, les scientifiques estimant qu’il faudra peut-être des décennies avant d’obtenir un spectre d’une planète semblable à la Terre et de commencer à rechercher des biosignatures potentielles dans son atmosphère. Cependant, ces résultats marquent une étape importante vers cet objectif ultime.
En conclusion, la détection de sulfure d’hydrogène dans l’atmosphère des géantes gazeuses HR 8799 confirme que ces planètes se sont formées par accrétion de matériaux solides, ce qui s’ajoute aux preuves croissantes de modèles universels de formation des planètes. Cette avancée fournit des informations précieuses pour les futures recherches d’exoplanètes, nous rapprochant ainsi de la compréhension de la diversité des systèmes planétaires au-delà du nôtre.
