Les sub-neptunes sont des exoplanètes à haute occurrence qui n’ont pas de système solaire analogique. Beaucoup plus petits que les géants du gaz et généralement plus frais que les exoplanètes de Jupiter, ces mondes étaient extrêmement difficiles à observer avant le lancement du télescope spatial Webb James Webb de la NASA / ESA / CSA. Beaucoup de sous-neptunes semblent être très obscurcis par les nuages et les dangers, ce qui a rendu impossible la détermination de leur maquillage atmosphérique. Maintenant, les astronomes utilisant Webb ont capturé le spectre de transmission du sous-neptune TOI-421B et ont découvert les empreintes digitales chimiques de son atmosphère.
TOI-421 est une star de type solaire situé à environ 245 années-lumière dans la constellation de Lepus.
Également connu sous le nom de BD-14 1137, l’étoile a environ 10 milliards d’années et accueille au moins deux exoplanètes massives.
La planète intérieure, TOI-421B, est un sous-neptune avec un rayon de 2,65 rayons terrestres et notamment une température d’équilibre élevée de 647 degrés Celsius (1 197 degrés Fahrenheit).
« Avant Webb, les scientifiques avaient très peu d’informations sur les sous-neptunes », a déclaré l’astronome de l’Université du Maryland, Brian Davenport et ses collègues.
« Bien qu’ils soient plusieurs fois plus grands que la Terre, ces planètes sont encore beaucoup plus petites que les géants du gaz et généralement plus cool que les jupiters chauds, ce qui les rend beaucoup plus difficiles à observer que leurs homologues géants de gaz. »
«Une découverte clé avant Webb était que la plupart des atmosphères sous-neptuniques avaient des spectres de transmission plats ou sans traits.»
« Cela signifie que lorsque les scientifiques ont observé le spectre de la planète lorsqu’il passait devant son étoile hôte, au lieu de voir des caractéristiques spectrales – les empreintes digitales chimiques qui révéleraient la composition de l’atmosphère – ils n’ont vu qu’un spectre à ligne plate. »
«Ils ont conclu de tous ces spectres à ligne plate qu’au moins certains sous-neptunes étaient probablement très très obscurcis par les nuages ou les dangers.»
« Pourquoi avons-nous observé cette planète, TOI-421B? C’est parce que nous pensions que peut-être qu’il n’aurait pas Hazes », a déclaré Eliza Kempton, astronome de l’Université du Maryland.
« Et la raison en est que certaines données antérieures impliquaient que peut-être que les planètes sur une certaine plage de température étaient moins enrichies de brume ou de nuages que d’autres. »
« Ce seuil de température est d’environ 577 degrés Celsius (1 070 degrés Fahrenheit). En dessous, les scientifiques ont émis l’hypothèse qu’un ensemble complexe de réactions photochimiques se produirait entre la lumière du soleil et le gaz méthane, et cela déclencherait la brume. Mais les planètes plus chaudes ne devraient pas avoir de méthane et ne devraient donc pas avoir de brume. »
« La température de TOI-421B est d’environ 727 degrés Celsius (1 340 degrés Fahrenheit), bien au-dessus du seuil présumé. »
Sans brume ni nuages, les astronomes s’attendaient à voir une atmosphère claire – et ils l’ont fait.
« Nous avons vu des caractéristiques spectrales que nous attribuons à divers gaz, ce qui nous a permis de déterminer la composition de l’atmosphère », a déclaré Davenport.
« Alors qu’avec de nombreux autres sous-neptunes qui avaient été observés auparavant, nous savons que leurs atmosphères sont faites de quelque chose, mais elles sont bloquées par la brume. »
Les chercheurs ont trouvé une vapeur d’eau dans l’atmosphère de TOI-421B, ainsi que des signatures provisoires de monoxyde de carbone et de dioxyde de soufre.
Ensuite, il y a des molécules qu’ils n’ont pas détectées, comme le méthane et le dioxyde de carbone.
À partir des données, ils peuvent également déduire qu’une grande quantité d’hydrogène se trouve dans l’atmosphère de la planète.
L’atmosphère hydrogène légère a été la grande surprise pour les scientifiques.
« Nous avions récemment enroulé notre esprit autour de l’idée que ces premiers sous-neptunes observés par Webb avaient des atmosphères de molécule lourde, de sorte que cela était devenu notre attente, puis nous avons trouvé le contraire », a déclaré le Dr Kempton.
«Cela suggère que TOI-421B peut s’être formé et évolué différemment des sous-neptunes plus frais observés précédemment.»
«L’atmosphère dominée par l’hydrogène est également intéressante car elle imite la composition de l’étoile hôte de TOI-421B.»
« Si vous veniez de prendre le même gaz qui a fait l’étoile de l’hôte, l’a placé sur l’atmosphère d’une planète et l’a mis à la température beaucoup plus fraîche de cette planète, vous obtiendrez la même combinaison de gaz. »
« Ce processus est plus conforme aux planètes géantes de notre système solaire, et elle est différente des autres sous-neptunes qui ont été observés avec Webb jusqu’à présent. »
