TRAPPIST-1 d

Quel type d’atmosphère pourrait subsister sur TRAPPIST-1 d ?

TRAPPIST-1 d est une petite planète rocheuse dont la masse atteint environ 39 % de celle de la Terre et la taille environ 79 %. Webb a analysé plusieurs sortes de lumière stellaire pendant deux transits, sans trouver de trace nette de gaz comme l’eau, le méthane ou le dioxyde de carbone. Ce résultat ne correspond ni à une épaisse atmosphère riche en hydrogène ni à plusieurs atmosphères sans nuages dont les gaz auraient dû laisser de grandes traces. Une surface presque sans air, une atmosphère très fine ou une atmosphère dont les gaz inférieurs sont cachés par de hauts nuages ou de la brume restent toutefois possibles.

• Environ 4,0496 jours Temps nécessaire pour faire le tour de l’étoile
• Environ 3,34 millions de km Distance moyenne entre la planète et l’étoile
• Environ 0,39 masse terrestre Masse calculée grâce aux variations des heures de transit
• Environ 0,79 rayon terrestre Rayon calculé grâce à la part de lumière stellaire masquée

Comment chercher une atmosphère dans la lumière bloquée par une planète ?

Quand une planète passe devant son étoile, la planète elle-même masque la lumière et une partie de celle-ci traverse l’atmosphère sur ses bords. Si un gaz atmosphérique absorbe un type de lumière, l’atmosphère devient opaque à cette longueur d’onde et la planète paraît légèrement plus grande. Webb recherche les gaz en comparant la quantité de lumière bloquée à chaque longueur d’onde. Cet enregistrement s’appelle un spectre de transmission.

Les traces des gaz sont d’autant plus grandes que l’atmosphère est chaude, la gravité de la planète faible et les molécules légères. La gravité de d est plus faible que celle de la Terre. Une épaisse atmosphère contenant un gaz léger comme l’hydrogène devrait donc faire nettement varier la taille apparente de la planète selon la longueur d’onde. Cette variation n’est pas apparue, ce qui rend très improbable une épaisse atmosphère dominée par l’hydrogène.

Quels gaz les deux observations de transit ont-elles recherchés ?

L’instrument NIRSpec de Webb a enregistré pendant deux transits la lumière allant de l’extrémité rouge du domaine visible au proche infrarouge. L’équipe a aussi calculé comment les taches et les régions brillantes de TRAPPIST-1 modifiaient la lumière de l’étoile. Elle a ensuite comparé les données à des cas allant de l’absence d’atmosphère à des atmosphères de pressions, de gaz et de hauteurs de nuages variés.

Aucune trace nette d’eau, de méthane, de dioxyde de carbone, de monoxyde de carbone, d’ammoniac ou de dioxyde de soufre n’est apparue. Les changements attendus d’atmosphères épaisses, sans nuages et contenant assez de ces gaz étaient eux aussi absents. Cela ne signifie pas qu’il n’existe aucune de ces molécules sur toute la planète. Les observations n’ont simplement pas montré de trace assez grande pour être détectée.

Les observations actuelles ne montrent aucune trace nette de gaz. Les atmosphères épaisses et sans nuages qui devraient produire de grandes traces sont écartées, mais un air ténu ou masqué par des nuages reste possible.

Quels environnements peuvent expliquer l’absence de traces nettes de gaz ?

Premièrement, une surface rocheuse presque sans air donnerait un spectre plat, puisqu’aucun gaz n’absorberait de lumière supplémentaire pendant le transit. Deuxièmement, une atmosphère plus fine que celle de Mars ou faite de molécules lourdes pourrait être trop basse et compacte pour que ses traces soient visibles avec la précision actuelle. Troisièmement, de hauts nuages ou de la brume pourraient cacher une large gamme de longueurs d’onde et aplatir les traces des molécules situées au-dessous.

Ces trois cas auraient des températures et des pressions au sol très différentes, mais peuvent se ressembler dans la lumière stellaire mesurée pendant un transit. Il faudra combiner davantage de transits pour faire ressortir les petits changements, mesurer avec l’infrarouge de la planète comment la chaleur passe du jour à la nuit et rechercher d’autres traces qui restent visibles au-dessus des nuages.

1. La taille et la masse ont été déterminées La lumière stellaire masquée a donné la taille et les variations des heures de transit des planètes voisines ont donné la masse.
2. Les changements causés par l’étoile ont été calculés L’équipe a étudié comment les taches et les régions brillantes modifiaient la couleur de la lumière stellaire.
3. Plusieurs atmosphères ont été comparées Les traces attendues ont été calculées pour différents gaz, pressions et hauteurs de nuages.
4. Les atmosphères incompatibles ont été écartées Les atmosphères riches en hydrogène ou épaisses et sans nuages qui devaient produire des traces nettes ne correspondaient pas aux données.
5. Trois possibilités sont restées Une surface presque sans air, une atmosphère très fine et une atmosphère avec de hauts nuages demandent d’autres observations.

Que signifie réellement la proximité de la zone habitable ?

La planète d reçoit autant ou un peu plus d’énergie que la Terre n’en reçoit du Soleil. Elle se trouve près du bord tourné vers l’étoile d’une zone habitable définie au sens large. Cela signifie seulement qu’elle est à une distance où de l’eau liquide pourrait être possible si une atmosphère retenait la bonne quantité de chaleur. Ce n’est pas la preuve que de l’eau, de l’air, des nuages ou la vie ont été découverts.

Sans atmosphère, l’écart de température entre le jour et la nuit serait grand et l’eau de surface serait difficile à conserver longtemps. Avec une atmosphère fine, la stabilité de l’eau liquide dépendrait de sa pression et de sa composition. Avec une atmosphère épaisse et de hauts nuages, l’effet de serre et la réflexion de la lumière modifieraient encore la température. Les observations actuelles ne permettent pas de choisir entre ces environnements.

La surface et les nuages montrés sur cette page ne sont pas une photographie. Webb a mesuré si la quantité de lumière bloquée changeait avec la longueur d’onde pendant que la planète passait devant son étoile. Ne pas trouver de trace de gaz ne signifie pas que la planète n’a ni atmosphère ni vie.

Sources

• NASA Exoplanet Archive — TRAPPIST-1 d
• NASA Science — Atmosphères possibles de TRAPPIST-1 d
• The Astrophysical Journal — Spectre de transmission NIRSpec de TRAPPIST-1 d
• The Planetary Science Journal — Masses et rayons de TRAPPIST-1
• NASA Science — Résultats de Webb pour TRAPPIST-1
• NASA Science — Catalogue de TRAPPIST-1 d
• Nature — Sept planètes terrestres tempérées