Après la première observation directe d'un système planétaire extrasolaire en 2008, des chercheurs viennent de réaliser la première observation du spectre lumineux de l'une des trois planètes de ce système.
Le système planétaire en question, HR 8799, se trouve dans la constellation de Pégase, à 130 années-lumière de la Terre. Deux chercheurs du Département de physique de l'Université de Montréal, René Doyon et David Lafrenière, ainsi qu'un diplômé du même département, Christian Marois, avaient participé à cette découverte spectaculaire. Les trois planètes qui gravitent autour de l'étoile sont très massives, soit de 7 à 10 fois la masse de Jupiter. Le système s'est formé il y a de 30 à 50 millions d'années, ce qui est très jeune en comparaison des 4,5 milliards d'années du Soleil.
Pour obtenir le spectre lumineux de la planète, les chercheurs ont utilisé une longueur d'onde légèrement différente de celle employée pour révéler les images de 2008. «Il s'agit d'une longueur d'onde plus éloignée de la lumière visible parce que ce type de longueurs d'onde subit moins l'effet de la perturbation atmosphérique, précise David Lafrenière, membre de l'équipe qui a mené ces nouveaux travaux. Nous avons également recouru à l'optique adaptative, qui permet de corriger les déformations causées par les perturbations et dès lors d'obtenir une image plus nette.»
Composition de l'atmosphère
La lumière analysée n'est pas celle qui proviendrait de l'étoile et qui serait reflétée par la planète mais bien celle que la planète émet. Un astre qui atteint une telle masse produit en effet un rayonnement dans l'infrarouge. Au-delà de 13 fois la masse de Jupiter, l'astre n'est d'ailleurs plus considéré comme une planète mais comme une étoile naine brune.
L'analyse du spectre fournit de précieux renseignements aux astrophysiciens sur la composition de l'atmosphère de la planète et sur sa température. «La dispersion de la lumière émise par la planète, par conséquent son spectre, met au jour les éléments chimiques présents dans son atmosphère, explique le chercheur. Et cette composition chimique est dépendante de la température de l'astre.» Ces données peuvent permettre de comprendre comment la planète s'est formée.
Dans la longueur d'onde utilisée, l'analyse révèle la présence de méthane, de vapeur d'eau, de OH, c'est-à -dire d'un atome d'oxygène lié à un atome d'hydrogène, et de poussières tels les silicates. Toutefois, les résultats diffèrent de la composition chimique que les modèles théoriques prédisent. Les modèles sont basés sur l'hypothèse que la planète doit avoir une composition atomique semblable à celle de son étoile. À partir d'un scénario de 800 °C, qui est la température de la planète en question, on détermine les particules, atomes et molécules qui devraient se retrouver dans son atmosphère.
«Nos résultats montrent d'importantes différences par rapport au modèle, déclare David Lafrenière. La modélisation ne colle donc pas complètement à la réalité et le modèle théorique devra être révisé.»
D'autres observations seront néanmoins nécessaires pour compléter les données. Des équipes sont déjà à l'œuvre et scrutent présentement ces mêmes planètes en employant une longueur d'onde plus proche de la lumière visible.
L'équipe de David Lafrenière avait pointé son télescope sur deux des trois planètes, mais l'une des deux nuits requises pour ces travaux a été trop nuageuse pour que l'équipe recueille des données concluantes. Les observations ont été faites au télescope VLT, situé au Chili et géré par l'Observatoire européen austral, et chacune des deux séances d'observation a demandé de cinq à six heures.
Soulignons que d'autres spectres lumineux d'exoplanètes ont déjà été obtenus, mais uniquement par observation indirecte, c'est-à -dire en comparant le spectre de l'étoile pendant et après l'éclipse causée par le passage d'une planète; la différence entre les deux états du spectre livre le contenu de l'atmosphère de la planète. Ce type d'observation cependant n'est possible que si le système planétaire se présente à l'horizontale par rapport à nous.
Sous la direction du professeur René Doyon, David Lafrenière s'est attelé à la planification des travaux d'observation qui seront effectués à l'aide du futur télescope spatial James Webb, qui devrait être mis en orbite en 2014 par la NASA, l'Agence spatiale canadienne et l'Agence spatiale européenne. Ce télescope sera notamment équipé d'instruments conçus à l'UdeM, dont un imageur à filtre ajustable permettant de varier la longueur d'onde utilisée pour l'observation. Cet instrument sera doté d'un coronographe et d'un masque d'interférence de la lumière de l'étoile pour aider à la recherche de planètes par imagerie directe.
Selon le chercheur, cet équipement pourrait permettre d'observer le spectre de planètes rocheuses du type de la Terre.
Daniel Baril
