Les astronomes sondent constamment le ciel à la recherche de l'inattendu. Ils sont prêts à adopter de nouvelles idées qui pourraient remplacer la sagesse des années passées.
Mais il y a une exception à la règle: la recherche de la Terre 2.0. Ici, nous ne voulons pas trouver l'inattendu, mais l'attendu. Nous voulons trouver une planète si semblable à la nôtre, nous pouvons presque l'appeler chez nous.
Bien que nous ne puissions pas imaginer exactement ces planètes avec suffisamment de détails pour voir si nous sommes un monde aquatique avec des plantes vertes et des civilisations luxuriantes, nous pouvons utiliser des méthodes indirectes pour trouver une planète "semblable à la Terre" - une planète avec une masse similaire et rayon de la Terre.
Il n’ya qu’un problème: les techniques actuelles de mesure de la masse d’une exoplanète sont limitées. À ce jour, les astronomes mesurent la vitesse radiale - de minuscules oscillations dans l'orbite d'une étoile alors qu'elle est tirée par l'attraction gravitationnelle de son exoplanète - pour dériver le rapport de masse planète / étoile.
Mais étant donné que la plupart des exoplanètes sont détectées via leur signal de transit - trempe dans la lumière lorsqu'une planète passe devant son étoile hôte - ne serait-il pas formidable si nous pouvions mesurer sa masse sur la seule base de cette méthode? Eh bien, les astronomes du MIT ont trouvé un moyen.
L'étudiant diplômé Julien de Wit et la boursière MacArthur Sara Seager ont développé une nouvelle technique pour déterminer la masse en utilisant uniquement le signal de transit d'une exoplanète. Lorsqu'une planète transite, la lumière de l'étoile passe à travers une fine couche de l'atmosphère de la planète, qui absorbe certaines longueurs d'onde de la lumière de l'étoile. Une fois que la lumière stellaire atteint la Terre, elle sera imprimée avec les empreintes chimiques de la composition de l'atmosphère.
Le soi-disant spectre de transmission permet aux astronomes d'étudier les atmosphères de ces mondes extraterrestres.
Mais voici la clé: une planète plus massive peut conserver une atmosphère plus épaisse. Donc, en théorie, la masse d'une planète pourrait être mesurée en fonction de l'atmosphère ou du seul spectre de transmission.
Bien sûr, il n'y a pas de corrélation un à un ou nous l'aurions compris il y a longtemps. L’étendue de l’atmosphère dépend également de sa température et du poids de ses molécules. L'hydrogène est si léger qu'il s'échappe plus facilement d'une atmosphère que, disons, l'oxygène.
De Wit a donc travaillé à partir d'une équation standard décrivant la hauteur de l'échelle - la distance verticale sur laquelle la pression d'une atmosphère diminue. La mesure dans laquelle la pression chute dépend de la température de la planète, de la force gravitationnelle de la planète (alias la masse) et de la densité de l'atmosphère.
Selon l'algèbre de base: connaître trois de ces paramètres nous permettra de résoudre le quatrième. Par conséquent, la force ou la masse gravitationnelle de la planète peut être dérivée de sa température atmosphérique, de son profil de pression et de sa densité - des paramètres qui peuvent être obtenus uniquement dans un spectre de transmission.
Avec le travail théorique derrière eux, de Wit et Seager ont utilisé le Jupiter HD 189733b chaud, avec une masse déjà bien établie, comme étude de cas. Leurs calculs ont révélé la même mesure de masse (1,15 fois la masse de Jupiter) que celle obtenue par les mesures de vitesse radiale.
Cette nouvelle technique pourra caractériser la masse des exoplanètes en se basant uniquement sur leurs données de transit. Alors que les Jupiters chauds restent la cible principale de la nouvelle technique, de Wit et Seager visent à décrire des planètes semblables à la Terre dans un avenir proche. Avec le lancement du télescope spatial James Webb prévu pour 2018, les astronomes devraient pouvoir obtenir la masse de mondes beaucoup plus petits.
Le document a été publié dans Science Magazine et est maintenant disponible pour téléchargement sous une forme beaucoup plus longue ici.
