Pluies de poussière sur les exoplanètes : le JWST détecte des nuages ​​de silicate et des disques circumplanétaires

Une nouvelle étude basée sur des observations de deux exoplanètes, menée à l'aide du télescope spatial James Webb (JWST), a produit des résultats significatifs, publiés dans la prestigieuse revue Nature .

Les planètes en question orbitent autour de l'étoile YSES-1, un jeune soleil âgé de seulement 16,7 millions d'années, situé à environ 300 années-lumière de notre système solaire. En observant directement la lumière de ces exoplanètes, une équipe de recherche internationale dirigée par l'astrophysicien Kielan Hoch du Space Telescope Science Institute de Baltimore, aux États-Unis, a fait des découvertes extraordinaires . L'atmosphère de l'une des deux planètes, YSES-1 c, contient des nuages ​​de silicates, composés de minéraux qui lui donnent sa couleur rougeâtre. L'autre planète du système, YSES-1 b, semble en revanche entourée d'un disque circumplanétaire, également formé de silicates, à partir duquel des corps plus petits, comme des lunes, pourraient prendre forme à l'avenir . Valentina D'Orazi, chercheuse à l'Institut national d'astrophysique (INAF) et à l'Université de Rome Tor Vergata, a également participé à la découverte.

La découverte, présentée lors de la 246e réunion de l'American Astronomical Society à Anchorage, en Alaska, offre de nouvelles perspectives sur les premières étapes de la formation de systèmes planétaires similaires au nôtre , donnant aux chercheurs l'opportunité d'étudier en temps quasi réel comment une planète semblable à Jupiter naît et évolue.

« L'observation des nuages ​​de silicate, qui sont essentiellement des nuages ​​de sable, dans l'atmosphère des planètes extrasolaires est importante car elle nous aide à mieux comprendre le fonctionnement des processus atmosphériques et la formation des planètes, un sujet encore sujet à débat en raison du désaccord sur les différents modèles », explique Valentina D'Orazi, co-auteure de l'étude et chercheuse à l'Institut national d'astrophysique (INAF) et à l'Université de Rome Tor Vergata, actuellement chercheuse invitée à l'Université du Texas à Austin dans le cadre du programme Fulbright . « La découverte de ces nuages ​​de sable, qui restent en altitude grâce à un cycle de sublimation et de condensation similaire à celui de l'eau sur Terre, révèle des mécanismes complexes de transport et de formation dans l'atmosphère. Cela nous permet d'améliorer nos modèles de climat et de processus chimiques dans des environnements très différents de ceux du système solaire, élargissant ainsi notre connaissance de ces systèmes . »

Les deux planètes en question sont des géantes gazeuses : YSES-1 c a une masse égale à 14 fois celle de Jupiter, tandis que YSES-1 b en a 6. Toutes deux sont situées à des distances considérables de leur étoile, environ 5 et 10 fois supérieures à la distance entre le Soleil et Neptune. C'est précisément cette orbite très étendue qui a permis à l'équipe d'observer les deux planètes avec le JWST grâce à la technique d'imagerie directe, dont l'application est encore limitée à un petit nombre de planètes aux caractéristiques très particulières. L'étude démontre la capacité de ce puissant télescope spatial à fournir des données spectrales de haute qualité pour les exoplanètes observées grâce à cette technique, ouvrant de nouvelles perspectives pour l'étude des atmosphères et des environnements circumstellaires.

La présence de nuages ​​de silicate dans l'atmosphère des exoplanètes a été prédite théoriquement et déduite indirectement d'observations antérieures. Cependant, cette recherche fournit la première observation directe et spectroscopique de nuages ​​de silicate dans une exoplanète spécifique, YSES-1 c . Cela permet de mieux comprendre la composition atmosphérique d'une jeune géante gazeuse, confirmant la présence de nuages ​​de silicate de haute altitude, contenant soit du pyroxène riche en fer, soit une combinaison de bridgmanite (MgSiO3) et de forstérite (Mg2SiO4).

Pour la planète jumelle YSES-1 b, ces travaux constituent la première détection d'émission de silicates provenant d'un disque circumplanétaire, sorte de « mini-système solaire » en formation . Seuls deux disques circumplanétaires similaires avaient été observés auparavant, et ces nouvelles recherches fournissent des informations directes sur la composition et les processus physiques de ces environnements : la présence de grains d'olivine de taille submicronique suggère en effet un mécanisme de formation par collision de petits corps, appelés planétésimaux, au sein du disque.

« L'étude de ces planètes nous permet de mieux comprendre leur formation, un peu comme si nous observions le passé de notre système solaire », conclut D'Orazi . « Les résultats étayent l'idée que la composition des nuages ​​des jeunes exoplanètes et des disques circumplanétaires joue un rôle crucial dans la composition chimique de l'atmosphère. De plus, cette étude souligne la nécessité de modèles atmosphériques détaillés pour interpréter les données d'observation de haute qualité obtenues avec des télescopes comme le JWST . »