jeudi 12 mai 2022
L’annonce en 2019 de la détection de vapeur d’eau dans l’atmosphère de K2-18 b, une exoplanète d’environ 8 masses terrestres située dans la zone dite « habitable » de son étoile, fit grand bruit.
Une étude menée par des chercheurs du LESIA de l’Observatoire de Paris-PSL, remet en cause cette détection. Elle montre que l’absorption observée par le Hubble Space Telescope lors du passage de la planète devant son étoile, est plus vraisemblablement due au méthane, un gaz qu’on s’attend à trouver en abondance dans l’atmosphère des mini-Neptunes tempérées.
Ce travail est publié en tant que "Matters Arising" dans la revue Nature Astronomy.
© ESA/Hubble, M. Kornmesser.
De par sa masse (entre 7 et 10 masses terrestres) et son rayon (environ 2,5 rayons terrestres), l’exoplanète K2-18 b est considérée comme une « super-Terre » ou une « mini-Neptune ». Par ailleurs, elle reçoit à peu près la même quantité d’énergie de son étoile, une naine rouge, que la Terre du Soleil.
En analysant des données du Hubble Space Telescope (HST) enregistrées lors du passage de K2-18 b devant son étoile, deux équipes ont annoncé en 2019 la détection de vapeur d’eau dans l’atmosphère, une première pour une planète dans la « zone habitable » de son étoile. Cette détection repose sur une absorption observée vers une longueur d’onde de 1,4 micromètres. Ces équipes ont également conclu à la présence de quantités notables d’hydrogène et d’hélium et vraisemblablement de nuages d’eau.
Une équipe du LESIA a produit des simulations numériques de l’atmosphère de K2-18 b en utilisant un modèle physique et chimique cohérent (Exo-REM) et en supposant une composition chimique de type Neptune. Ils sont ainsi parvenus à reproduire les données de K2-18 b enregistrées par HST, le meilleur ajustement étant obtenu pour une proportion d’éléments lourds (oxygène, carbone, azote, etc.) par rapport à l’hydrogène d’environ 200 fois la proportion solaire.
Les spectres en transit de K2-18 b calculés à partir de ce modèle montrent que l’absorption observée par HST est en fait majoritairement due au méthane, même si celui-ci est environ deux fois moins abondant que la vapeur d’eau. Plus généralement, ces simulations montrent que l’absorption à 1,4 micromètres de longueur d’onde n’est pas un diagnostic de la présence de vapeur d’eau pour des exoplanètes géantes dont la température d’équilibre est inférieure à 600 K. Pour différencier la vapeur d’eau du méthane, il est nécessaire d’observer en plus à d’autres longueurs d’onde, comme pourront le faire le James Webb Telescope (JWST), lancé le 25 décembre 2021, ou la mission spatiale européenne Ariel, prévue pour 2029.
Le spectre en transit calculé avec le modèle d’atmosphère Exo-REM pour une composition chimique de type Neptune reproduit l’absorption observée par HST. Dans ce modèle, celle-ci est majoritairement due au méthane et non à la vapeur d’eau comme annoncé précédemment.
© B. Bézard et al. 2022, Nature Astronomy.
B. Bézard, B. Charnay, D. Blain, Methane as a dominant absorber in the habitable-zone sub-Neptune K2-18 b, 2022, Nature Astronomy. https://arxiv.org/abs/2011.10424.
