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Les planètes TRAPPIST-1 ont-elles des atmosphères?

Les planètes TRAPPIST-1 ont-elles des atmosphères?

L'impression de l'artiste montre plusieurs des planètes en orbite autour de l'étoile naine rouge ultra-cool TRAPPIST-1. Crédit: ESO / M. Kornmesser

En février 2017, la communauté scientifique s'est réjouie lorsque la NASA a annoncé qu'une étoile voisine (TRAPPIST-1) avait un système de pas moins de sept planètes rocheuses. Depuis ce temps, les astronomes ont mené toutes sortes d'observations et d'études de suivi dans l'espoir d'en savoir plus sur ces exoplanètes. En particulier, ils ont tenté de savoir si l'une des planètes situées dans les zones habitables des étoiles (HZ) pouvait réellement être habitable.


Beaucoup de ces études ont cherché à savoir si les planètes TRAPPIST-1 avaient ou non suffisamment d'eau à leur surface. Mais tout aussi importante est la question de savoir si certains ont ou non des atmosphères viables. Dans une étude récente qui donne un aperçu de toutes les observations à ce jour sur les planètes TRAPPIST-1, une équipe a constaté qu'en fonction de la planète en question, elles sont susceptibles d'avoir de bonnes atmosphères, voire aucune.

L'étude, récemment publiée dans la revue Astrobiologie, a été menée par une équipe internationale de chercheurs de l'Observatoire astronomique de Genève (GAO), de l'Université de Berne, du Laboratoire d'astrophysique de Bordeaux (LAB), du Groupe de recherche en astrophysique de l'Imperial College de Londres et du Laboratoire de l'atmosphère et de l'espace Physique (LASP) à l'Université du Colorado.

Au départ, c'est une équipe d'astronomes de l'Université de Liège, en Belgique, qui a détecté trois des exoplanètes du système en utilisant la spectroscopie de transit. Pour cette méthode, les astronomes surveillent les étoiles pour les creux de leur luminosité, qui sont le résultat de planètes passant devant l'étoile par rapport à l'observateur.

Le système a été nommé TRAPPIST-1 en l'honneur de l'instrument utilisé pour les détecter, le petit télescope des planètes et planètes transitoires (TRAPPIST), situé à l'Observatoire La Silla de l'ESO au Chili et à l'Observatoire de l'Oukaïmeden au Maroc. En février 2017, l'existence de quatre autres exoplanètes a été confirmée, ainsi que le fait que trois étaient en orbite avec le HZ de l'étoile.

Depuis lors, le système TRAPPIST-1 a été considéré par les astronomes comme un excellent candidat pour la recherche sur les exoplanètes. Il y a plusieurs raisons à cela, que Martin Turbet (chercheur postdoctoral au GAO et auteur principal de l'étude) a expliqué à Univers Today par e-mail:

"Le système TRAPPIST-1 est très bien adapté aux études d'habitabilité car c'est le système planétaire composé d'exoplanètes potentiellement habitables qui est le plus facile à observer et donc à caractériser avec des télescopes. Cela est principalement dû au fait que (1) le TRAPPIST-1 est très proche (39 années-lumière de nous), (ii) les planètes transitent (fréquemment) devant leur étoile, et (iii) l'étoile hôte TRAPPIST-1 est une naine ultra-froide avec un rayon extrêmement petit. "

En bref, avoir sept exoplanètes autour d'une étoile signifie qu'il y aura beaucoup d'occasions de les repérer faisant des transits devant l'étoile. À ces occasions, les astronomes sont capables de recueillir des spectres de la planète lorsque la lumière de l'étoile passe autour de la planète et à travers son atmosphère (un processus connu sous le nom de spectroscopie de transmission). Les scientifiques peuvent alors examiner ces données pour déterminer quels éléments chimiques sont présents.

Parce que TRAPPIST-1 est une étoile de type M (naine rouge) – qui est de faible masse, froide et relativement faible par rapport aux autres types d'étoiles – la spectroscopie de transmission obtenue à partir de ses planètes est moins susceptible d'être soumise à la source de lumière de transit effet (TLSE, ou "contamination stellaire"). C'est là que les lectures de spectres obtenues à partir des planètes sont rejetées par les spectres de l'étoile elle-même.

Cependant, toutes les recherches menées jusqu'à présent n'ont pas été très encourageantes. En fait, plusieurs études ont été menées qui ont indiqué que pour certaines des planètes TRAPPIST-1, l'eau pourrait constituer une grande partie de leur masse (ce qui en fait des "mondes de l'eau"). En plus de cela, il y a la nature des étoiles naines rouges, qui sont sujettes à des poussées qui pourraient faire des ravages dans l'atmosphère de leurs planètes.

Cependant, d'autres études ont montré que les exoplanètes en orbite autour des naines rouges pouvaient toujours être habitables tant qu'elles avaient suffisamment d'atmosphères et de couverture nuageuse pour faire face au rayonnement. Pour évaluer la probabilité que les planètes TRAPPIST-1 aient de telles atmosphères, Turbet et ses collègues ont examiné toutes les données qui ont été obtenues sur le système TRAPPIST-1 à ce jour.

Cela comprend les observations de transit effectuées sur les planètes, ainsi que les mesures de densité, la spectroscopie de transmission, l'environnement d'irradiation du système, les théories sur la formation et la migration planétaires, la stabilité orbitale des planètes, la modélisation du climat et les modèles qui tiennent compte de la quantité de gaz perdue par les planètes l'espace (aka. modèles d'échappement).

"Nous avons passé en revue tous les travaux existants sur le sujet, allant des observations avec les meilleurs télescopes disponibles (télescope spatial Hubble, télescope spatial Spitzer, très grand télescope, etc.) aux modèles théoriques les plus sophistiqués tels que les modèles climatiques numériques en trois dimensions," dit Turbet.

Ce qu'ils ont trouvé était plutôt encourageant. Pour commencer, ils ont pu déterminer que la plupart des planètes TRAPPIST-1 avaient des atmosphères sans nuage et de faible poids moléculaire, similaires à l'atmosphère primordiale de la Terre. Deuxièmement, ils ont trouvé des preuves convaincantes que les planètes qui avaient une atmosphère étaient probablement composées d'éléments qui avaient des poids atomiques plus élevés. Turbet a déclaré: "Nous avons déterminé que les sept planètes TRAPPIST-1 ne devraient pas avoir d'atmosphères dominées par l'hydrogène. Nous avons également suggéré que les atmosphères (si présentes) des planètes TRAPPIST-1 sont les plus susceptibles d'être dominées par le dioxyde de carbone, l'oxygène- dominé ou dominé par l'eau. "

En d'autres termes, sur les sept planètes TRAPPIST-1, celles qui ont des atmosphères sont susceptibles d'avoir celles qui sont favorables à la vie (au moins comme nous le savons). Cela signifie le dioxyde de carbone, un stabilisateur climatique essentiel nécessaire aux organismes photosynthétiques, à l'oxygène gazeux, à l'azote et aux éléments volatils comme l'eau. Il comprend également la couverture nuageuse, qui n'est pas seulement une indication de l'eau, mais offre une protection contre le rayonnement stellaire.

Malheureusement, Turbet et ses collègues ne peuvent pas dire avec confiance que les planètes TRAPPIST-1 ont une atmosphère avec tous ces éléments. Cependant, cette étude impose des contraintes à cette possibilité en fonction de ce que nous savons du système jusqu'à présent. En fin de compte, savoir si l'une des exoplanètes de ce système est habitable devra attendre sur les télescopes de prochaine génération. Turbet a déclaré: "Les missions de prochaine génération – en particulier le télescope spatial James Webb et les spectrographes au sol proche infrarouge – auront le pouvoir de détecter des molécules" lourdes "telles que le dioxyde de carbone, l'oxygène, le méthane, etc. peut avoir le potentiel de déterminer si les planètes TRAPPIST-1 ont ou non des atmosphères, et si oui, de quoi elles sont faites. "

Le lancement du JWST est prévu pour l'année prochaine, tandis que les télescopes au sol équipés de spectrographes de nouvelle génération devraient être mis en ligne au cours de cette décennie. Avec ces instruments encore plus puissants prévus pour l'avenir, les astronomes s'attendent enfin à savoir avec certitude si leur vie est au-delà de la Terre dans notre coin de la galaxie.


Les orbites planétaires TRAPPIST-1 ne sont pas désalignées


Plus d'information:
Turbet et al., Un examen des atmosphères planétaires possibles dans le système TRAPPIST-1. arXiv: 2007.03334 (astro-ph.EP). arxiv.org/abs/2007.03334

Fourni par
L'univers aujourd'hui

Citation:
Les planètes TRAPPIST-1 ont-elles des atmosphères? (2020, 17 juillet)
récupéré le 17 juillet 2020
depuis https://phys.org/news/2020-07-trappist-planets-atmospheres.html

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