Le James Webb Telescop détecte des cristaux de quartz dans l’atmosphère d’une planète

james webb quartz WASP-17b
Vue d'artiste de l'atmosphère riche en silicates de WASP-17b. Crédits : NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)

Les vents de plusieurs milliers de kilomètres par heure soufflent une grêle de minuscules cristaux de quartz à travers l’atmosphère brûlante et enrichie de silicates d’une lointaine planète gazeuse appelée WASP-17b. C’est en tout cas ce que laissent entendre des analyses récentes faites part le télescope James Webb. Il s’agit d’une observation inédite.

WASP-17b est une exoplanète située à environ 1 300 années-lumière de la Terre. Elle a une période de révolution autour de son étoile étonnamment courte de seulement 3,7 jours qui est située à une distance d’environ 7,8 millions de kilomètres. La planète subit des conditions climatiques extrêmes, dont des températures diurnes incroyablement élevées atteignant plus de 1 500 degrés Celsius.

Naturellement, une telle chaleur n’est pas sans conséquence. Malgré sa masse totale relativement faible, qui équivaut à environ la moitié de celle de Jupiter, cette exoplanète s’est dilatée pour atteindre un diamètre d’environ 285 000 kilomètres, soit un peu moins du double du diamètre de Jupiter. WASP-17b est ainsi classée parmi les planètes les plus « gonflées » jamais découvertes.

Son atmosphère incroyablement étendue offre une opportunité unique pour les astronomes d’examiner sa composition et ses caractéristiques. Il y a plusieurs semaines, des chercheurs ont ainsi profité de quelques heures de temps d’observation avec le télescope James Webb, le plus puissant observatoire spatial du monde, pour scruter ce monde plus en détail.

Lumière filtrée

Les chercheurs ont observé WASP-17b transiter devant son étoile avec l’instrument infrarouge moyen (MIRI) du JWT. Concrètement, l’instrument a pu capter la lumière de l’étoile en partie occultée par la planète. Au cours de ce transit, une partie de cette lumière stellaire a traversé son atmosphère.

Ces observations ont permis de générer ce que l’on appelle un « spectre de transmission ». Il s’agit d’une carte spectrale révélant comment l’atmosphère d’une planète interagit avec la lumière de son étoile parente. En d’autres termes, il révèle comment différentes longueurs d’onde de lumière sont absorbées ou bloquées par les molécules présentes dans l’atmosphère de la planète. Certaines molécules présentes dans l’atmosphère agissent en effet comme des filtres, bloquant ou absorbant spécifiquement certaines longueurs d’onde de lumière.

Ainsi, l’analyse de ce spectre de transmission a permis de glaner des informations sur la composition chimique de l’atmosphère de l’exoplanète.

Des minuscules cristaux de quartz

Ici, comme Jupiter, WASP-17b semblait être principalement constitué d’hydrogène et d’hélium. L’instrument MIRI a également détecté du dioxyde de carbone, de la vapeur d’eau et la signature d’absorption de cristaux de quartz purs à une longueur d’onde de 8,6 microns. D’après l’étude, ces cristaux auraient la forme des mêmes prismes hexagonaux pointus que le quartz sur Terre, mais avec une taille d’à peine 10 nanomètres.

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Le spectre de transmission de WASP-17b, montrant comment le quartz bloque la lumière à une longueur d’onde de 8,6 microns. Crédits : NASA/ESA/CSA/Ralf Crawford (STScI)

Pour rappel, le quartz est une forme de silicate, un minéral riche en silice et en oxygène. Les silicates sont exceptionnellement courants dans l’univers et ils ont déjà été détectés dans l’atmosphère des exoplanètes chaudes de Jupiter. Cependant, dans ces cas-là, il s’agissait de cristaux d’olivine et de pyroxène plus complexes et riches en magnésium.

« Nous nous attendions à voir des silicates de magnésium« , note en effet Hannah Wakeford, de l’Université de Bristol. « Mais ce que nous voyons à la place sont probablement les éléments constitutifs de ceux-ci. Ces minuscules particules de graines doivent former les plus gros grains de silicate que nous détectons dans les exoplanètes plus froides et les naines brunes. »

Notez que WASP-27b est également verrouillée par les marées, ce qui signifie qu’elle montre toujours le même visage à son étoile. Les vents qui tournent autour de la planète entraînent alors les nanoparticules de quartz avec eux, formant des nuages ​​​​diffus de cristaux de roche dans la zone de terminaison jour-nuit. Ces brumes s’aventurent alors du côté jour et se vaporisent sous la chaleur.

Les détails de l’étude sont publiés dans The Astrophysical Journal Letters.