Le télescope James Webb a obtenu le premier spectre de GJ504b, un objet à mi-chemin entre planète géante et naine brune, à 57 années-lumière de la Terre. Des nuages de chlorure de potassium et de sulfure de zinc flottent dans son atmosphère, et confirment une théorie vieille de quinze ans. Sa masse dépasse désormais 25 fois celle de Jupiter selon ces mêmes mesures.
Depuis 2013, les astronomes cherchent à percer les secrets de GJ504b. En orbite autour d’une étoile semblable au Soleil, dans la constellation de la Vierge à 57 années-lumière, cet objet céleste porte le surnom de « Planète Rose » pour sa teinte rosée. Aucun observatoire au sol n’était pourtant parvenu à en décomposer la lumière. Trop peu lumineux, GJ504b restait inaccessible à la spectroscopie terrestre, et des équipes avaient consacré des nuits entières aux plus grands télescopes du monde sans rien obtenir.
Mais c’était sans compter sur les prouesses de James Webb, qui a réussi en deux heures. Aneesh Baburaj, chercheur postdoctoral au Centre interdisciplinaire d’exploration et de recherche en astrophysique (CIERA) de l’Université Northwestern, a piloté ces observations. Premier spectre jamais enregistré pour cet objet, il contient des nuages salés. Pour les astrophysiciens d’il y a quinze ans, ça n'était qu’une théorie. Aujourd’hui, on entre dans la pratique.
Des sels minéraux masquent les couches profondes de l’atmosphère
Dans l’atmosphère de GJ504b, les chercheurs ont détecté de la vapeur d’eau, du méthane, du dioxyde de carbone et de l’ammoniac. Pourtant, quand leurs modèles excluaient les nuages, ils obtenaient des caractéristiques aberrantes, physiquement incohérentes. L’équipe en a alors testé trois types différents. Seuls les nuages de sel, composés de chlorure de potassium et de sulfure de zinc, donnaient des résultats plausibles.
Ces formations se situent autour du niveau de pression d’un bar dans l’atmosphère. À cette altitude, James Webb ne perçoit qu’une lumière filtrée par les nuages salins, privée des signatures moléculaires des couches plus profondes. « C'est la première fois que nous constatons que les nuages de sel sont essentiels pour expliquer le spectre d'un objet », a déclaré Aneesh Baburaj. Des astrophysiciens avaient prédit ce phénomène il y a plus de quinze ans. Dans les atmosphères froides, roches et fer se condensent trop bas pour former des nuages visibles, et les sels occupent leur place dans les couches supérieures.
À environ 290 °C, soit la chaleur d'un four à pain, GJ504b est bien en deçà des 540 à 1 100 °C habituels pour les exoplanètes imagées directement. Les géantes gazeuses naissent très chaudes et rayonnent progressivement leur chaleur de formation ; entre 2,5 et 4 milliards d’années selon les nouvelles mesures du télescope de la NASA, GJ504b a eu le temps de perdre l’essentiel de la sienne.
GJ504b est encore inclassable définitivement
Les astronomes avaient estimé la masse de GJ504b à environ quatre fois celle de Jupiter. À 25 masses joviennes selon les données de James Webb, l’objet occupe dès lors une zone frontière entre planète géante gazeuse et naine brune, ces corps trop massifs pour relever de la catégorie des planètes mais insuffisamment massifs pour déclencher la fusion nucléaire durable des étoiles. Aneesh Baburaj et son équipe ont établi cette réévaluation à partir du même jeu de données spectrales.
Les chercheurs ont mesuré en outre une abondance élevée de métaux dans l’atmosphère de GJ504b, au sens astronomique du terme, c’est-à-dire tous les éléments plus lourds que l’hydrogène et l’hélium. L’origine de l’objet, ils ne l’ont pas encore déterminée. GJ504b aurait pu naître d’un disque protoplanétaire comme une planète, ou par effondrement direct de gaz comme une étoile.
Aneesh Baburaj juge que cette technique peut servir à étudier d’autres objets froids et peu lumineux. Des équipes avaient déjà travaillé sur des exoplanètes plus chaudes avec des méthodes similaires, jamais sur un compagnon aussi froid ni aussi peu lumineux. C’est Marshall Perrin, membre de l’équipe scientifique de James Webb au Space Telescope Science Institute, qui avait conçu ce programme d’observation.Jupiter abrite des nuages de glace d’ammoniac, encore hors de portée des instruments actuels. C'est donc la première fois que des astronomes ont prouvé qu’un télescope spatial peut décomposer la lumière d'un objet froid, grâce à GJ504b.
Source : Science Post
