Une étude, dont les résultats intitulés «Spectrally resolved helium absorption from the extended atmosphere of a warm Neptune-mass exoplanet» sont publiés dans la revue Science et disponibles en pdf, a permis, en partie grâce au télescope spatial Hubble, d'observer en détail et pour la première fois la manière dont l’hélium s’échappe de l’atmosphère surchauffée d’une exoplanète, littéralement gonflée par ce gaz.

Rappelons tout d'abord que «l’hélium est le second élément le plus abondant de l’Univers». Cependant, alors qu'au début des années 2000, on avait prédit que l'hélium pouvait constituer l’une des meilleures signatures possibles de l’atmosphère d’exoplanètes, «il a fallu attendre 18 ans pour que les astronomes l’y dénichent enfin». La raison de ce retard est que l'hélium a «une signature observationnelle d’une couleur très particulière, située dans l’infrarouge, hors de portée de la plupart des instruments utilisés jusqu’alors».

La découverte de l'hélium a finalement été obtenue cette année en exploitant «les données d’un tout nouvel instrument: un spectrographe infrarouge à très haute résolution appelé Carmenes» («La 'résolution' d’un spectrographe est une mesure indiquant le nombre de couleurs qu’il est possible de distinguer»).

A ce propos, signalons que «si l’œil humain ne peut distinguer aucune couleur au-delà du rouge sans caméra adaptée, l’œil infrarouge de Hubble est déjà capable d’y distinguer quelques centaines de couleurs», ce qui a été «juste suffisant pour distinguer celle de l’hélium». Pour sa part, «l’instrument Carmenes, installé au télescope de 4 mètres de l’observatoire Calar Alto en Andalousie», est «capable de distinguer plus de 100000 couleurs dans l’infrarouge».

Grâce à cette haute résolution spectrale, la signature de l’hélium a été décomposée «avec une finesse inégalée» et la position des atomes d’hélium a été localisée «avec une grande précision, dans l’atmosphère d’une planète gazeuse de la taille de Neptune (environ quatre fois plus grosse que la Terre)», immatriculée HAT-P-11b (*). Cette exoplanète, «située dans la constellation du Cygne à 124 années-lumières de la Terre», est «une 'Neptune tiède' (550°C tout de même !), vingt fois plus proche de son étoile que la Terre du Soleil».

La précision de ces nouvelles observations a montré que «l’atmosphère de la planète est gonflée par le rayonnement de l’étoile et s’échappe dans l’espace». Une simulation numérique «qui a permis de retracer les trajectoires des atomes d’hélium» renforce ces observations: concrètement, «l’hélium est soufflé du côté jour de la planète à son côté nuit à plus de 10000 km/h», et, «comme c’est un gaz très léger», il échappe ensuite «facilement à l’attraction de la planète et forme un nuage étendu autour de celle-ci», donnant à HAT-P-11b la forme d’un ballon gonflé à l’hélium.

En fin de compte, cette étude «ouvre une nouvelle fenêtre pour observer les conditions atmosphériques extrêmes régnant sur les exoplanètes les plus chaudes», puisque les observations de Carmenes prouvent que ce type de recherche, «longtemps réservées au seul télescope spatial Hubble», peut être menée «encore plus finement avec des télescopes au sol».

Lien externe complémentaire (source Exoplanetcatalogue)

(*) HAT-P-11 b