Soufre dans le ciel d'un Neptune tiède : dioxyde de soufre dans l'atmosphère de HAT-P-26 b ✛

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En 2023, le télescope James Webb a braqué son regard sur une étoile lointaine de la constellation de la Vierge. Autour d'elle orbite la planète HAT-P-26 b, un Neptune tiède, un monde de 18,6 masses terrestres et de 6,33 rayons terrestres. La planète est passée devant le disque de son étoile, et à ce moment son atmosphère est devenue brièvement visible. La lumière stellaire, filtrée à travers l'enveloppe gazeuse, a révélé ce qui était caché : de la vapeur d'eau, du dioxyde de carbone et, pour la première fois pour une planète de cette classe, du dioxyde de soufre.

Cette découverte n'est pas simplement une ligne de plus dans le catalogue des molécules. Elle montre que la chimie sous ultraviolets fonctionne aussi à des températures plus basses qu'on ne le pensait. Le dioxyde de soufre ici est un produit de la photochimie hors équilibre, c'est-à-dire une chimie déclenchée par la lumière de l'étoile. Les astronomes ont reconstruit les paramètres atmosphériques à l'aide de méthodes bayésiennes de récupération, qui permettent d'extraire du spectre la température, la composition et la métallicité (la proportion d'éléments plus lourds que l'hélium). Il en ressort que la métallicité de l'atmosphère de HAT-P-26 b est de 3 à 25 fois celle du Soleil, et que la température est d'environ 667 K, nettement plus froide que la température d'équilibre de la planète.

La comparaison avec dix autres planètes observées par Webb a révélé une tendance claire : l'abondance du dioxyde de soufre augmente fortement à faible métallicité et atteint un plateau au-dessus de 30 fois la métallicité solaire. Cela signifie que la photochimie du soufre est un processus universel, qui peut servir de thermomètre et d'indicateur de l'évolution chimique des atmosphères. Auparavant, on n'avait observé cela que chez les Jupiter chauds et les sous-Neptunes, mais désormais la lacune pour les masses d'environ 20 masses terrestres est comblée.

Qu'est-ce que cela apporte à la science ? Jusqu'à présent, on ignorait si la photochimie du soufre fonctionnait dans les atmosphères des Neptunes tièdes et comment l'abondance de SO₂ était liée à la métallicité. Désormais, pour la première fois, du dioxyde de soufre a été détecté de manière fiable dans un tel monde, et une corrélation avec la métallicité a été démontrée. Cette méthode servira de référence pour interpréter les futurs spectres d'exoplanètes de type neptunien et pour affiner les modèles de leur formation. Des observations supplémentaires dans une gamme de longueurs d'onde plus large permettront de préciser le rapport carbone/oxygène et d'éclairer la manière dont ces planètes acquièrent leur atmosphère.