L’une des exoplanètes les plus sauvages jamais trouvées dans la Voie lactée vient de devenir encore plus intéressante.
Dans l’atmosphère de KELT-9b, des astronomes ont détecté le terbium, un métal de terre rare, tourbillonnant dans des nuages de métal vaporisé, la première fois que cet élément extrêmement rare a été trouvé sur un monde lointain.
L’équipe a également fait de nouvelles détections de vanadium, de baryum, de strontium, de nickel et d’autres éléments, confirmant les détections précédentes et suggérant que tout ce qui se passe avec KELT-9b est en effet très étrange.
“Nous avons développé une nouvelle méthode qui permet d’obtenir des informations plus détaillées. Grâce à cela, nous avons découvert sept éléments, dont la substance rare terbium, qui n’a encore jamais été trouvée dans l’atmosphère d’une exoplanète”, explique l’astrophysicien Nicholas Borsato de Lund. Université en Suède.
“Trouver du terbium dans l’atmosphère d’une exoplanète est très surprenant.”
KELT-9b est située à environ 670 années-lumière et est vraiment l’une des exoplanètes les plus extrêmes. C’est ce qu’on appelle un Jupiter chaud, une géante gazeuse enfermée dans une orbite si proche avec son étoile hôte qu’elle est chauffée à des températures torrides.
En plus de cela, KELT-9b orbite autour d’une étoile supergéante bleue – c’est l’une des plus chaudes qui soient – sur une orbite extrêmement serrée de seulement 1,48 jour.
Cette proximité est en train de vaporiser l’exoplanète : du côté jour, KELT-9b est chauffée à des températures supérieures à 4 600 kelvins (4 327 degrés Celsius ou 7 820 degrés Fahrenheit). C’est la température la plus chaude que nous ayons jamais vue sur une exoplanète. Il fait plus chaud qu’au moins 80 % de toutes les étoiles connues.
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Heureusement pour nous, KELT-9b orbite de telle manière qu’il passe entre nous et l’étoile. Cela signifie que les scientifiques ont pu scruter son atmosphère.
Lorsque la lumière des étoiles traverse l’atmosphère de KELT-9b, certaines longueurs d’onde de lumière sont absorbées et réémises par les atomes du gaz. Le signal est minuscule, mais en empilant les orbites, les astronomes peuvent amplifier le signal pour voir des parties plus claires et plus sombres sur le spectre de la lumière de l’étoile lorsque la planète est en transit, par rapport aux observations de l’étoile seule.
Cela demande un peu d’analyse, mais les scientifiques peuvent examiner la signature de ces parties sombres et claires et déterminer quels éléments sont à l’origine des changements de lumière.
Avec ces données, KELT-9b est devenue la première exoplanète dans l’atmosphère de laquelle du fer et du titane vaporisés ont été détectés en 2018. Puis, un an plus tard, les scientifiques ont annoncé qu’ils avaient également trouvé du sodium, du magnésium, du chrome et des métaux de terres rares, du scandium et de l’yttrium.
Maintenant, Borsato et ses collègues ont affiné les techniques d’analyse pour faire des ventilations encore plus détaillées des éléments trouvés dans le spectre de KELT-9b et de son étoile hôte. Leurs résultats ont confirmé les détections précédentes d’hydrogène, de sodium, de magnésium, de calcium, de chrome et de fer et ont détecté plusieurs métaux qui n’avaient pas été repérés dans l’atmosphère de l’exoplanète.
Le terbium, de numéro atomique 65, a été la véritable surprise. Ici sur Terre, l’élément lourd est extrêmement rare, généralement trouvé à l’état de traces combiné avec d’autres éléments. Nous n’avons à ce jour identifié aucun minéral naturel à dominance terbium ; son abondance estimée dans la croûte terrestre est d’environ 0,00012 %.
Le trouver sur un autre monde est intéressant car des éléments lourds comme le terbium ne peuvent être forgés que dans les circonstances les plus violentes, comme une explosion de supernova ou une collision entre deux étoiles à neutrons.
C’est vrai pour tous les éléments plus lourds que le fer, mais la détection de terbium dans une atmosphère d’exoplanète n’était pas du tout attendue, et elle pourrait nous renseigner sur l’histoire de KELT-9b et de son étoile.
Nous savons que les deux sont relativement jeunes, en ce qui concerne ces choses : environ 300 millions d’années. (Le Soleil, pour le contexte, a environ 4,6 milliards d’années.) Pour contenir des éléments lourds comme ceux détectés dans l’atmosphère de KELT-9b, ils doivent s’être formés à partir de matériaux qui comprenaient des éjectas d’un de ces événements violents.
Comme de tels événements se produisent à la fin de la vie d’une étoile, la quantité d’éléments lourds dans l’Univers augmente avec le temps.
Plus une étoile ou une exoplanète est ancienne, moins elle aura d’éléments lourds. À l’inverse, les étoiles et les exoplanètes plus jeunes auront des éléments plus lourds et probablement une plus grande variété.
“En savoir plus sur les éléments plus lourds nous aide, entre autres, à déterminer l’âge des exoplanètes et comment elles se sont formées”, explique Borsato.
Les travaux de l’équipe font également progresser les techniques utilisées pour analyser les atmosphères des exoplanètes. La science est encore relativement nouvelle, mais elle progresse à pas de géant; une nouvelle génération de télescopes le développera de façon exponentielle.
Ce n’est pas seulement pour étudier les valeurs aberrantes extrêmes, comme KELT-9b. Les scientifiques pensent que notre première détection de la vie en dehors du système solaire se fera par la détection de matériel biologique dans l’atmosphère d’un monde extraterrestre.
“La détection d’éléments lourds dans les atmosphères d’exoplanètes ultra-chaudes est une autre étape vers l’apprentissage du fonctionnement des atmosphères des planètes”, a déclaré Borsato. “Plus nous apprenons à connaître ces planètes, plus nous avons de chances de trouver la Terre 2.0 à l’avenir.”
La recherche a été acceptée pour publication dans Astronomy & Astrophysics, et est disponible sur arXiv.
