Dans un grand pas en avant, une molécule « thermomètre » découverte sur une exoplanète

dottedhip/iStock

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Une équipe d'astronomes a mis au point un nouvel outil pour mieux comprendre les atmosphères complexes des exoplanètes, selon une étude récente publiée dans The Astrophysical Journal Letters.

À l’aide d’observations spectrales à haute résolution, ils ont réussi à confirmer la présence d’hydrure de chrome (CrH) dans l’atmosphère de l’exoplanète chaude de Jupiter connue sous le nom de WASP-31b.

L'hydrure de chrome, une molécule qui présente une sensibilité remarquable aux variations de température, a gagné sa réputation de "thermomètre pour les étoiles", selon l'astronome co-auteure Laura Flagg, associée de recherche en astronomie au Collège des arts et des sciences de l'Université Cornell. NOUS

"Les molécules d'hydrure de chrome sont très sensibles à la température. À des températures plus chaudes, vous ne voyez que du chrome. Et à des températures plus basses, il se transforme en d'autres substances", a expliqué Flagg.

Cette molécule ne devient abondante que dans une plage de température spécifique comprise entre 1 200 et 2 000 degrés Kelvin. Flagg a déjà exploité la puissance des hydrures métalliques, notamment l'hydrure de chrome, pour mesurer la température des étoiles froides et des naines brunes.

Le potentiel de l’hydrure de chrome comme indicateur de température pour les exoplanètes chaudes de Jupiter avait été évoqué par des recherches antérieures à basse résolution. Cependant, cette étude récente marque la première détection définitive d'un hydrure métallique, en particulier de l'hydrure de chrome, dans l'atmosphère d'une exoplanète à haute résolution.

Cette réalisation est considérée comme un pas en avant significatif dans notre compréhension des conditions atmosphériques des planètes massives situées au-delà de notre système solaire.

Bien que la découverte n’apporte pas de nouvelles informations sur l’exoplanète individuelle WASP-31b, elle établit une nouvelle méthode pour étudier des corps célestes similaires.

WASP-31b, découvert en 2011, orbite autour d'une étoile F5 avec une période rapide de 3,4 jours. L'étude a non seulement confirmé la température d'équilibre de la planète de 1 400 Kelvin, mais a également vérifié que cette plage de température correspond aux conditions propices à la présence d'hydrure de chrome.

Dans ses recherches, Flagg utilise la spectroscopie à haute résolution pour examiner les atmosphères des exoplanètes. En analysant la lumière émise lorsqu'une planète est positionnée à côté de son étoile versus lorsqu'elle passe devant elle, Flagg peut déduire la présence de certains éléments dans l'atmosphère de la planète.

La technique repose sur le fait que différents éléments absorbent et transmettent la lumière à des longueurs d'onde spécifiques.

"Nous pouvons obtenir des milliers de raies différentes. Nous les combinons en utilisant diverses méthodes statistiques, en utilisant un modèle – une idée approximative de ce à quoi ressemble le spectre – et nous le comparons aux données, et nous les faisons correspondre", a déclaré Flagg dans un article. communiqué de presse.

"Si cela correspond bien, il y a un signal. Nous essayons tous les différents modèles, et dans ce cas, le modèle d'hydrure de chrome a produit un signal."

La rareté de l'hydrure de chrome, même dans la plage de température idéale, nécessite l'utilisation d'instruments et de télescopes sophistiqués pour sa détection.

Les chercheurs se sont appuyés sur des spectres à haute résolution issus d’observations réalisées en 2022 dans le cadre de l’enquête Exoplanets with Gemini Spectroscopy à l’aide du spectrographe GRACES.

Alors que cette découverte ouvre la voie à des mesures de température plus précises et à une compréhension plus approfondie des atmosphères des exoplanètes, Flagg espère que d’autres chercheurs seront également inspirés pour passer au crible leurs données à la recherche d’hydrure de chrome et d’autres hydrures métalliques.

En constituant un échantillon plus grand, les scientifiques pourraient découvrir des tendances significatives dans les atmosphères de planètes lointaines, élargissant ainsi notre compréhension de la diversité de l'univers.

L’étude complète a été publiée dans The Astrophysical Journal Letters le 16 août et peut être consultée ici.

Résumé de l'étude :

Les études sur l'atmosphère des exoplanètes sont souvent enrichies par des synergies avec des analogues de naines brunes. Cependant, de nombreuses molécules clés couramment observées dans les naines brunes doivent encore être confirmées dans l’atmosphère des exoplanètes. Un exemple important est l’hydrure de chrome (CrH), qui est souvent utilisé pour sonder les températures atmosphériques et classer les naines brunes en types spectraux. Récemment, des preuves provisoires de la présence de CrH ont été rapportées dans le spectre de transmission à basse résolution du chaud Jupiter WASP-31b. Nous présentons ici des observations à haute résolution spectrale du spectre de transmission de WASP-31b depuis GRACES/Gemini North et UVES/Very Large Telescope. Nous détectons CrH avec un niveau de confiance de 5,6σ, ce qui représente la première détection d'hydrure métallique dans une atmosphère d'exoplanète à haute résolution spectrale. Nos découvertes constituent une étape cruciale dans la compréhension du rôle des hydrures métalliques dans les atmosphères des exoplanètes.