Le télescope James Webb révèle une atmosphère dense autour de l'exoplanète rocheuse ultra-chaude TOI-561 b

Le télescope spatial James Webb (JWST) vient de fournir les preuves les plus solides à ce jour de l'existence d'une atmosphère substantielle autour de l'exoplanète rocheuse TOI-561 b. Cette découverte vient ébranler les conceptions établies selon lesquelles les petites planètes orbitant si près de leur étoile hôte ne parviendraient pas à retenir une enveloppe gazeuse, étant donné le rayonnement stellaire intense qu'elles subissent.

TOI-561 b, caractérisée comme une super-Terre ultra-chaude, fut initialement identifiée en 2020. Elle est estimée être l'une des planètes les plus anciennes connues, son âge approchant les 10 milliards d'années. Avec un rayon environ 1,4 fois supérieur à celui de la Terre, cette planète boucle son orbite en moins de 11 heures. Ce rythme la classe dans la catégorie rare des exoplanètes à période ultra-courte (USP). Elle gravite autour d'une naine orange, une étoile environ deux à trois fois plus âgée que notre Soleil, à une distance si infime que la planète est en rotation synchrone : une face est perpétuellement exposée à la chaleur de son astre.

L'équipe de recherche, menée par Johanna Teske du Laboratoire de la Terre et des Planètes de l'Institut Carnegie, a employé le spectrographe NIRSpec du JWST. Leur objectif était de mesurer la température de la face éclairée en analysant sa luminosité dans le proche infrarouge. Si TOI-561 b avait été une roche nue, sa température diurne aurait dû atteindre environ 2700 °C (4900 °F). Or, les observations effectuées en mai 2024 ont révélé une température significativement plus basse, n'atteignant que 1800 °C (3200 °F). Cet écart thermique inattendu s'explique de manière optimale par la présence d'une enveloppe gazeuse conséquente, riche en éléments volatils, qui redistribue efficacement la chaleur.

Tim Lichtenberg de l'Université de Groningue, co-auteur de l'étude, a suggéré que cette planète pourrait ressembler à une « boule de lave humide », possédant une teneur en volatils supérieure à celle de la Terre. Cette particularité, notamment sa densité anormalement faible, ne peut être entièrement attribuée à sa composition interne, comme un petit noyau de fer et un manteau composé de silicates moins denses. L'étoile hôte, TOI-561, est pauvre en métaux, ce qui implique que la planète s'est formée dans un environnement chimique distinct de celui des planètes de notre Système Solaire. Les scientifiques émettent l'hypothèse que cette composition pourrait être représentative des planètes qui se sont formées lorsque l'Univers était encore relativement jeune.

Selon la docteure Anjali Piette de l'Université de Birmingham, la présence d'une atmosphère est indispensable pour expliquer l'ensemble des données recueillies, notamment parce que des vents puissants pourraient transférer la chaleur vers la face nocturne. Les chercheurs envisagent un équilibre dynamique entre un océan magmatique et l'atmosphère, où les gaz sont à la fois libérés et réabsorbés. Les astronomes prévoient d'exploiter plus de 37 heures de données d'observation du JWST pour cartographier la circulation thermique et affiner la composition atmosphérique. Les conclusions de ces travaux ont été publiées dans la revue The Astrophysical Journal Letters. Nicole Wallack, également co-auteure, a affirmé que cette découverte « bouleverse les idées reçues concernant les planètes à période ultra-courte ».