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Une atmosphère d'hydrogène vient d'être observée pour la première
fois autour d'une planète extra-solaire. Cette atmosphère est chaude
et extrêmement étendue : la planète s'évapore. Cette découverte
inattendue a été obtenue avec le Télescope spatial Hubble par une
équipe dirigée par Alfred Vidal-Madjar (Institut d'Astrophysique
de Paris, CNRS). Elle pourrait expliquer le "désert de planète",
c'est à dire l'absence de planète à moins de 7 millions de kilomètres
de leur étoile. Les planètes trop proches de leur étoile peuvent
"fondre comme neige au Soleil", disparaitre, ne laissant finalement
que leur noyau central. On connaît aujourd'hui plus d'une centaine
de planètes autour d'étoiles autres que le Soleil. Environ 15% de
ces planètes extra-solaires tournent très près de leur étoile; elles
font un tour en quelques jours, comme la planète qui orbite en trois
jours et demi autour de l'étoile HD209458.
A priori banale, HD209458 est une étoile semblable au Soleil située
à 130 années-lumière de la Terre. Elle est visible avec une simple
paire de jumelles dans la constellation de Pégase.
HD209458 possède une planète dénommée HD209458b,découverte en 1999.
Cette planète est massive et gazeuse comme Jupiter. En revanche,
elle est chauffée par son étoile toute proche, à environ 7 millions
de kilomètres, alors que la Terre est à 150 millions de kilomètres
du Soleil. De telles planètes sont appelées des 'Jupiters-chauds'.
Cette planète extra-solaire est l'une des plus étudiées car, vue
de la Terre, elle passe devant son étoile tous les trois jours et
demi. Pendant cette mini-éclipse d'environ 3 heures, la planète
cache une petite partie de l'étoile qui apparaît ainsi légèrement
moins brillante. Cette particularité permet d'observer son atmosphère
; celle-ci imprime sa trace sur la lumière qui la traverse, comme
au crépuscule la lumière du Soleil traverse l'atmosphère de la Terre
qui ne laisse filtrer que la lumière rouge.
L'équipe composée de chercheurs de l'Institut d'Astrophysique de
Paris (dont Alain Lecavelier, fécampois d'origine), de l'Université
d'Arizona et de l'Observatoire de Genève, a observé trois passages
de la planète devant son étoile. Ces observations ont été réalisées
dans l'ultraviolet avec le Télescope spatial Hubble, au moyen du
spectroscope STIS installé en février 1997 par les astronautes de
la Navette spatiale Discovery. L'ultraviolet permet de capter la
trace de l'hydrogène dans la partie haute de l'atmosphère. En effet,
l'hydrogène est l'élément le plus abondant et le plus léger ; il
s'élève facilement dans la haute atmosphère. Ainsi, vue dans la
raie de l'hydrogène dite "Lyman alpha" à 121,6 nm de longueur d'onde,
l'ombre de la planète apparaît gigantesque. "Nous avons eu l'énorme
surprise de voir que l'atmosphère d'hydrogène de cette planète s'étend
jusqu'à plus de 200 000 kilomètres, si haut que la planète semble
trois fois plus grosse que prévue !" explique Alfred Vidal-Madjar.
Le gaz est observé bien au delà de la zone d'influence gravitationnelle
de la planète ; on le voit s'échapper à plus de 100 kilomètres par
seconde (soit 360 000 kilomètres à l'heure), poussé par le rayonnement
de l'étoile.
Cette figure montre les 9 mesures du flux Lyman alpha effectuées
avec le Télescope Spatial Hubble avant et pendant le transit de
la planète devant son étoile. Lorsque la planète est devant l'étoile,
celle-ci est moins brillante d'environ 15%. C'est la signature d'une
atmosphère étendue en hydrogène.
Ces observations ont demandé une analyse détaillée et un traitement
particulier afin de mettre en évidence la signature atmosphérique
de l'hydrogène. "Le plus difficile a été de corriger les effets
thermiques du détecteur et de soustraire l'émission de la haute
atmosphère de la Terre qui est, elle aussi, visible avec le Télescope
spatial" explique Jean-Michel Désert, ingénieur à l'Institut d'Astrophysique
de Paris. Un modèle simple permet d'expliquer cette observation.
Dans la haute atmosphère, la température du gaz augmente sous l'effet
de l'étoile proche. De plus, l'attraction gravitationnelle de la
planète est affaiblie par celle de l'étoile qui exerce une force
de marée similaire à l'action du Soleil et de la Lune qui fait monter
les océans sur Terre. "L'atmosphère est ainsi étirée", décrit Alain
Lecavelier des Etangs, "puis l'hydrogène est poussé par le rayonnement
de l'étoile et se disperse dans une queue étendue comme la queue
de gaz d'une comète". Il est possible d'évaluer la quantité de gaz
qui s'échappe de HD209458b : au minimum 10 000 tonnes d'hydrogène
par seconde. Il est même probable que le flot soit bien supérieur
; la planète pourrait ainsi perdre une fraction significative de
sa masse.
Cette simulation montre les atomes d'hydrogène dispersés dans
une queue de type cométaire (points bleus). Le quadrant en bas à
droite montre le spectre d'absorption due à l'hydrogène lorsqu'il
passe devant l'étoile.
Ce phénomène d'évaporation des planètes trop proches de leur étoile
permettrait ainsi d'expliquer le manque de planètes qui tournent
à moins de 7 millions de kilomètres de leur étoile : ces planètes
doivent s'évaporer très rapidement, ou devenir des planètes moins
massives et pauvres en hydrogène, comme Neptune, ou même ne plus
montrer que leur coeur solide mis à nu.
Pour plus d'information, il est possible de consulter la page
Web correspondante de l'Institut d'Astrophysique de Paris. Toutes
les illustrations ci-dessus sont extraites de ce site internet.
Le samedi 15 mars A 20 H 30, à la salle des associations de Toussaint,
rue du stade, Alain Lecavelier, astronome à l'Institut d'Astrophysique
de Paris est venu partager avec les astronomes amateurs de la région
haute-normande cette belle découverte des chercheurs de l'équipe
d'Alfred Vidal Madjar.
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