TRAPPIST-1 e

Quel type d’atmosphère TRAPPIST-1 e pourrait-elle avoir ?

TRAPPIST-1 e est une planète rocheuse environ 8 % plus petite et 31 % moins massive que la Terre. Elle reçoit environ 65 % de l’énergie que la Terre reçoit du Soleil et se trouve dans la zone habitable, mais ni eau ni atmosphère n’ont été confirmées. Quatre observations de Webb pendant son passage devant l’étoile ont rendu très improbable une épaisse atmosphère composée surtout d’hydrogène. Elles n’ont pas permis de distinguer une atmosphère de gaz plus lourds, comme l’azote, l’oxygène ou le dioxyde de carbone, d’une absence totale d’atmosphère, car les taches et les éruptions modifient sans cesse la lumière stellaire.

• Environ 6,10 jours Temps nécessaire pour faire le tour de l’étoile
• Environ 0,92 rayon terrestre Rayon calculé grâce à la lumière stellaire masquée pendant le transit
• Environ 0,69 masse terrestre Masse calculée grâce à l’influence gravitationnelle des planètes voisines
• Environ 0,65 fois la valeur terrestre Quantité de lumière stellaire reçue par la planète

Comment détecter une atmosphère riche en hydrogène ?

Quand une planète passe devant son étoile, une partie de la lumière traverse l’atmosphère autour de ses bords. Les gaz absorbent certains types de lumière. Mesurer comment la quantité masquée varie avec la longueur d’onde permet donc de rechercher leurs traces. Un gaz léger comme l’hydrogène s’étend très haut et produit de grandes traces. Les gaz lourds comme l’azote ou le dioxyde de carbone restent plus bas et en produisent de bien plus petites.

L’instrument NIRSpec de Webb a analysé quatre transits enregistrés en 2023, de l’extrémité rouge de la lumière visible au proche infrarouge. Même en autorisant des nuages et une faible pression, une atmosphère contenant plus d’environ 80 % d’hydrogène ne correspondait pas aux données. Il est donc peu probable qu’une atmosphère d’hydrogène et d’hélium capturée lors de la formation de la planète ait survécu jusqu’à aujourd’hui. Cela n’écarte pas une atmosphère riche en azote, en oxygène ou en dioxyde de carbone.

Pourquoi les résultats ont-ils changé d’une observation à l’autre ?

La surface de TRAPPIST-1 ne brille pas partout de la même façon. Les taches sombres, les régions brillantes et les brèves éruptions changent de position et d’intensité avec le temps. Si la couleur de la zone non masquée par la planète change, la quantité de lumière bloquée peut varier selon la longueur d’onde même sans atmosphère, et ressembler à un signal atmosphérique.

Les quatre observations ont subi l’influence de la surface stellaire, et une forte éruption s’est produite pendant le troisième transit. L’équipe a attribué à l’étoile les larges changements différents à chaque visite, puis a recherché comme candidats atmosphériques seulement les petites traces répétées aux mêmes longueurs d’onde. Mais des estimations simples de la température et de la taille des taches n’expliquaient pas toutes les variations. Une petite trace restante après le retrait de l’effet stellaire ne peut donc pas être immédiatement qualifiée de gaz planétaire.

Les données actuelles montrent seulement l’absence d’une épaisse atmosphère d’hydrogène. On ignore encore s’il existe une fine atmosphère de gaz lourds ou aucune atmosphère.

Une faible trace ressemblant au méthane suffit-elle pour annoncer une découverte ?

Après avoir retiré les changements causés par l’étoile, une atmosphère de gaz lourds comme l’azote avec un peu de méthane pouvait expliquer certaines traces. Mais un résultat plat, sans trace atmosphérique, correspondait lui aussi aux observations et, avec certaines méthodes d’analyse, encore mieux. Les petites marques actuelles ne suffisent donc pas à annoncer la découverte de méthane ou d’une atmosphère.

Les modèles où le dioxyde de carbone constitue la majorité de l’atmosphère, comme sur Vénus ou Mars, avaient eux aussi tendance à mal correspondre aux données. Une atmosphère lourde contenant moins de dioxyde de carbone reste possible. Si de l’eau liquide existe, les calculs indiquent que cette quantité pourrait produire un effet de serre, mais les observations actuelles n’ont directement trouvé ni eau, ni océan, ni nuage.

Pourquoi observer b et e l’une après l’autre ?

L’équipe réalise 15 observations supplémentaires lorsque TRAPPIST-1 b passe devant l’étoile juste avant ou après e. La planète b semble être un monde rocheux sans atmosphère épaisse. Les traces dans ses données peuvent donc être traitées comme des effets produits presque au même moment par l’étoile. Elles sont ensuite retirées des données de e afin de rechercher les changements qui se répètent seulement pour e.

Les trois premières visites signalées en 2025 ont montré à la fois l’avantage et la limite de cette méthode. Quand l’étoile était calme, son influence pouvait être réduite. Mais si une forte éruption survenait entre les deux transits, l’état de l’étoile ne pouvait plus être considéré comme identique. Même après avoir recueilli toutes les données, il faudra repérer les observations touchées par les éruptions et vérifier à quel point la réponse dépend de la méthode d’analyse.

1. e a été observée quatre fois Les données ont écarté une épaisse atmosphère dominée par l’hydrogène, mais révélé de grands changements causés par l’étoile.
2. Plusieurs atmosphères ont été comparées L’absence d’atmosphère et plusieurs atmosphères de gaz lourds sont toutes restées possibles.
3. b et e sont observées à la suite La planète b révèle les traces produites par l’étoile presque au même moment.
4. L’équipe cherche les traces propres à e L’ensemble des observations vérifiera si les mêmes traces de gaz se répètent.

Qu’a-t-on confirmé au sujet de e dans la zone habitable ?

La lumière reçue par e se trouve dans une plage qui pourrait permettre de l’eau liquide en surface. Mais la température réelle dépend de la pression et de la composition de l’atmosphère, des nuages, de la réflexion de la surface et du transport de chaleur entre le jour et la nuit. Si la même face regarde toujours l’étoile, les modèles autorisent aussi bien un océan étendu autour de la planète que de l’eau limitée à la région faisant face à l’étoile. Aucun de ces paysages n’a été observé.

La première question n’est pas de savoir s’il y a de la vie, mais s’il existe une atmosphère. Il faudra d’abord séparer les changements répétés produits par l’étoile, puis confirmer plusieurs fois des traces présentes aux mêmes longueurs d’onde uniquement pour e, avant de pouvoir parler des gaz présents.

L’océan, les nuages et la surface montrés sur cette page ne sont pas une photographie. Les observations de Webb ont rendu très improbable une épaisse atmosphère dominée par l’hydrogène. Une atmosphère de gaz lourds, l’eau liquide et la vie ne sont toujours pas confirmées.

Sources

• NASA Exoplanet Archive — TRAPPIST-1 e
• NASA Science — Webb observe TRAPPIST-1 e
• The Astrophysical Journal Letters — Quatre spectres de transmission de NIRSpec
• The Astrophysical Journal Letters — Contraintes sur l’atmosphère secondaire
• Allen et al. — Programme TRAPPIST-1 e/b et premières observations
• NASA Science — Résultats de Webb pour le système TRAPPIST-1
• NASA Science — Catalogue de TRAPPIST-1 e