atmosphère exoplanétaire

Le télescope spatial JWST a pointé son objectif vers le monde rocheux brûlant 55 Cancri e, et a vu une enveloppe gazeuse dense. En revanche, la plus froide TRAPPIST-1 b, qui orbite autour d'une naine rouge sombre, n'a pas d'enveloppe : une roche nue.

Un télescope observe une étoile pendant de nombreuses nuits consécutives. Quelque part dans le flux de lumière se cache une infime baisse de luminosité : une planète de la taille de la Terre a momentanément occulté une partie de l'étoile. Une telle baisse dure quelques heures et ne se répète qu'une fois par an ou moins.

Le ciel nocturne est plein de lumières trompeuses. Les astronomes cherchaient des galaxies qui se sont allumées dans les premiers centaines de millions d'années après le Big Bang — leur lumière nous est parvenue pendant près de 13 milliards d'années. Six taches faibles ont été sélectionnées à partir d'images des télescopes spatiaux Hubble et Spitzer.

Deux étoiles tournent l'une autour de l'autre comme des danseurs qui se rapprochent puis s'éloignent. Avec le temps, l'une enfle et ses couches externes se déversent sur sa voisine. Celle qui reçoit la matière étrangère ne se distingue en rien d'une étoile solitaire — mais sa surface se souvient de tout.

Le faisceau d'une lampe de poche perce un brouillard. Plus le brouillard est épais, plus la lumière est diffusée et plus elle met de temps à atteindre l'œil. Un principe similaire s'applique aux sursauts radio rapides — ces impulsions mystérieuses et extrêmement puissantes venues de galaxies lointaines.

Photographier une exoplanète autour d'une autre étoile, c'est comme essayer de distinguer un ver luisant devant un projecteur. L'atmosphère terrestre ne cesse de bouger, et dans un télescope, cela se traduit par des taches dansantes, les speckles.

Une planète dans la zone habitable n'est pas une garantie de vie. Comme un chef d'orchestre dirige son orchestre, l'étoile dicte, sur des milliards d'années, le tempo et le caractère de l'évolution des atmosphères planétaires.

380 000 ans après le Big Bang, l'Univers s'était suffisamment refroidi pour que la lumière se découple du plasma. Ce Fond diffus cosmologique baigne encore le cosmos — comme le premier accord d'une symphonie, écho d'un commencement torride.

Nuit à La Palma. Le télescope William Herschel de 4,2 mètres est pointé sur Vénus. Au foyer, le polarimètre expérimental ExPo, conçu pour capturer la lumière fantôme des exoplanètes.

Un petit caillou au fond du ruisseau reste immobile tandis que les reflets du soleil dansent à la surface de l'eau. En astronomie, le contraste est le même : une véritable exoplanète est une pierre, et la myriade de speckles (taches de lumière stellaire diffusée) sont des rides tremblotantes dans les…

Le fond optique du ciel est un palimpseste cosmique, où la lumière de milliards de galaxies non résolues s'empile en couches correspondant à différentes époques. Jusqu'ici, nous ne distinguions que les « lettres » les plus brillantes — les étoiles individuelles et les galaxies proches.

Les caméras d'une voiture autonome captent la lumière, telles des télescopes pointés vers une lointaine galaxie. Chaque image est une observation fragmentaire ; ensemble, elles doivent former une carte du chemin.

Lorsque le télescope James Webb décompose la lumière d'une exoplanète lointaine en spectre, il lit une chronique chimique. Mais cette chronique n'est pas une vérité monolithique : c'est une atmosphère sans cesse réécrite par le rayonnement de l'étoile.

En 2024, l'équipe de David Charbonneau a pointé le télescope Magellan, équipé du spectrographe WINERED, vers LHS 1140. Au moment du transit, la spectroscopie à haute résolution a capté la raie d'absorption de l'hélium métastable à 10833 Å.

La lumière d'une étoile lointaine porte en elle le bourdonnement silencieux des atmosphères des planètes qui orbitent autour d'elle. Pendant longtemps, la capter revenait à distinguer un murmure dans le rugissement d'une cascade.

Un projecteur éclaire droit dans les yeux, et à quelques pas de là, une minuscule luciole scintille. C'est à peu près à cela que ressemble la chasse à une planète de type terrestre autour d'une étoile voisine : la planète est de cent millions à dix milliards de fois plus faible que son étoile, et dans le ciel, elles se confondent presque en un seul point.

La Zone d'évitement est la lacune la plus tenace dans notre connaissance de l'Univers local, comme des pages d'une chronique ancienne barbouillées d'encre. Jusqu'à 20 % du ciel extragalactique est solidement masqué par une poussière cosmique dense et des essaims d'étoiles dans le disque de la Voie lactée.

Une carte cosmologique ressemble à une photo des rides à la surface de l'eau : on en déduit la pierre qui a été jetée. La pierre, ce sont les propriétés de l'Univers — combien il contient de matière ordinaire, combien de matière noire, à quelle vitesse il s'étend.

À des centaines d'années-lumière de nous, il existe une planète qui ressemble à un miroir géant. LTT9779b réfléchit la majeure partie de la lumière qu'elle reçoit — bien plus que ce que l'on pourrait attendre d'un corps de la taille de Neptune. Les astronomes se sont longtemps demandé ce qui la rendait si brillante : une brume métallique dense ou une couche de nuages.

La matière noire est la charpente invisible qui soutient les galaxies. Mais comment est-elle apparue ? La réponse standard : les particules de matière noire ont cessé de se heurter et se sont « figées » en la quantité que nous observons aujourd'hui. Cependant, il existe une voie plus subtile : l'UFO, ou congélation ultra-rapide.

Un monde où l'année ne dure qu'un jour et demi terrestre, et où l'étoile dans le ciel est des centaines de fois plus grande que notre Soleil. C'est KELT-9 b — une géante gazeuse chauffée à des températures où le fer s'évapore.

À 158 années-lumière de nous, autour d'une étoile sombre, la naine rouge TOI-6894, une planète se déplace paisiblement. Son année dure moins de deux jours terrestres, mais elle-même est un monde frais avec une température d'équilibre d'environ 420 K, à peine plus chaud qu'un sauna.

Une planète rocheuse incandescente ressemble à une casserole de soupe bouillante, sauf que son couvercle est l'atmosphère. Les gaz s'échappent du magma, enveloppent le monde d'une couverture dense et influencent eux-mêmes la vitesse à laquelle le corps céleste se refroidit.

La planète WASP-121 b est une géante gazeuse chauffée à 2500°C. Elle fait toujours face à son étoile, comme un globe figé sous une lampe. Mais lorsqu'elle passe devant le disque de l'étoile, sa rotation nous révèle différentes facettes — comme si l'on faisait lentement pivoter ce globe pour en explorer chaque recoin.

Un mobile pour bébé : les figurines suspendues à des fils réagissent au moindre souffle d'air. De la même manière, les planètes sur des orbites très larges ne sont maintenues que par la gravité de leur étoile, et ressentent les moindres « courants d'air » gravitationnels.

On trouve dans un grenier une vieille valise usée. Les étiquettes et les éraflures permettent de deviner où elle a voyagé. Les astronomes ont longtemps cherché une telle « étiquette » pour les planètes – et pensaient l'avoir trouvée dans les molécules de monoxyde de carbone.

Au plus profond de la Terre, dans l'épaisseur du granit, des détecteurs capturent de rares visiteurs venus du cosmos — des muons. Ces particules naissent en haute atmosphère lorsque les rayons cosmiques percutent les noyaux des atomes de l'air.

Dans l'Univers, les civilisations sont séparées non seulement par la distance, mais aussi par un gouffre temporel. Chercher leurs traces s'apparente à l'archéologie : au lieu de ruines de palais, on trouve des nuages de poussière cosmique.

Lorsque les astronomes scrutent des mondes lointains, ils voient souvent non pas des raies nettes de vapeur d'eau ou de méthane, mais une silhouette floue — comme si la planète avait jeté un voile épais.

La courbe de lumière d'une étoile n'est pas un bruit chaotique, mais un texte écrit par les pulsations, les taches et la lueur régulière du foyer thermonucléaire. Toute planète qui glisse devant le disque laisse une coquille dans ce texte : une minuscule baisse de luminosité durant des heures.

Une maternelle où certains enfants pâtissent des sablés dans le sable, tandis que d'autres assemblent déjà des Lego. C'est à peu près l'image du système de l'étoile V1298 Tau : elle n'a que 20 millions d'années — à l'échelle cosmique, elle vient tout juste de sortir du berceau. Autour d'elle gravitent plusieurs planètes, et deux d'entre elles, b et e, se révèlent étonnamment différentes.

Le satellite MethaneSAT traque les fuites de méthane — un gaz invisible mais qui réchauffe fortement la planète. Son « nez » est un spectromètre, un instrument qui détecte le plus infime changement de couleur de la lumière traversant l'atmosphère. C'est la trace que laisse le méthane.

Lorsqu'une planète passe derrière le bord de son étoile, celle-ci éclaire son atmosphère — tout comme le soleil couchant illumine les nuages à l'horizon. Cet instant fugace, qui ne dure que quelques minutes, porte l'empreinte des gaz traversés par la lumière stellaire.

Le rayonnement fossile est la lueur résiduelle du Big Bang, que nous observons sur les ondes millimétriques. Mais il possède aussi une traîne de grandes longueurs d'onde qui s'étend dans le domaine radio.

La première exoplanète a été découverte autour d'un phare cosmique pas comme les autres : une étoile à neutrons, plus connue sous le nom de pulsar. Ces résidus ultradenses d'étoiles mortes tournent sur eux-mêmes à une vitesse vertigineuse et émettent des impulsions radio très régulières.

Une casserole de lave en ébullition, coiffée d'un couvercle épais de gaz. Voilà à peu près à quoi ressemblent les sub-Neptunes — des planètes abondantes dans d'autres systèmes stellaires, mais absentes du nôtre. Sous une épaisse atmosphère d'hydrogène, un océan de magma incandescent s'agite.

Au-delà de Neptune, dans la ceinture de glace, des astronomes ont observé l'objet (612533) 2002 XV93 masquer brièvement une étoile lointaine. En utilisant la méthode du transit (quand une planète atténue la lumière d'une étoile l'espace d'une seconde, comme une mouche devant une lampe), William Borucki et David…

La vapeur au-dessus d'une casserole bouillante colore légèrement la lumière d'une lampe de poche : elle retient certaines couleurs, en laisse passer d'autres. C'est à peu près ainsi que l'on étudie l'air des planètes lointaines.

La recherche de vie sur des planètes lointaines, c'est comme diagnostiquer une maladie rare avec un test dont on ignore la précision. Un résultat positif isolé ne veut rien dire : et si c'était un faux positif ?

La lumière d'une étoile lointaine filtre à travers l'enveloppe gazeuse d'une planète, et les astronomes tentent de deviner de quoi cette enveloppe est faite. C'est ainsi que l'on étudie les atmosphères de mondes que l'on ne peut pas toucher.