«Quel est cet étrange phénomène ?». Les scientifiques utilisant le télescope spatial James Webb de la NASA étaient stupéfaits par ce qu’ils observaient à 3 800 années-lumière de la Terre : un exoplanète rare, un monde situé en dehors de notre système solaire, avec une atmosphère exubérante jamais observée jusqu’alors. Sa composition, dominée par l’hélium et le carbone, est si singulière que les chercheurs peinent à comprendre comment cette entité a pu se former. Fait surprenant, elle présente une forme de citron et pourrait contenir des diamants en son cœur.
« C’était une totale surprise. C’est extrêmement différent de ce que nous avions prévu », explique Peter Gao du Laboratoire Carnegie de la Terre et des Planètes à Washington, se remémorant la réaction de l’équipe. L’étude a été acceptée pour publication dans ‘The Astrophysical Journal Letters’.
Cet objet, d’une masse équivalente à celle de Jupiter et baptisé PSR J2322-2650b, orbite autour d’un pulsar, une étoile à neutrons « de la masse du Soleil mais de la taille d’une ville » qui tourne rapidement et émet des faisceaux de radiation électromagnétique à intervalles réguliers. Ces faisceaux, qui durent de quelques millisecondes à plusieurs secondes, ne peuvent être observés que lorsqu’ils pointent directement vers la Terre, semblables aux lumières d’un phare. Ce double phénomène permet d’étudier le planétaire en détail, que ce soit lorsqu’il est illuminé par son étoile ou non.
Ainsi, les chercheurs ont découvert que cet exoplanète présente « un nouveau type d’atmosphère jamais vu auparavant. Au lieu de détecter les molécules habituelles que nous espérions trouver, comme l’eau, le méthane ou le dioxyde de carbone, nous avons trouvé du carbone moléculaire, spécifiquement C₃ et C₂ », indique Michael Zhang, chercheur principal de cette étude à l’Université de Chicago.
Les températures sur cette planète varient de 650 °C durant la nuit à 2 037 °C le jour. Le carbone moléculaire est particulièrement rare, car à ces températures, en présence d’autres types d’atomes, le carbone se lie généralement à eux. Il est seul dominant en l’absence quasi totale d’oxygène ou d’azote. Parmi les 150 exoplanètes étudiées par les astronomes jusqu’à présent, aucune autre ne présente de carbone moléculaire détectable. L’atmosphère de cet objet pourrait même abriter des nuages de suie, qui, en profondeur, pourraient se condenser pour former des diamants.
Un an de moins de huit heures
PSR J2322-2650b se trouve remarquablement près de son étoile, à seulement 1 600 000 kilomètres. Pour comparaison, la distance entre la Terre et le Soleil est d’environ 257 millions de kilomètres. Grâce à son orbite extrêmement serrée, une année complète pour l’exoplanète—le temps qu’elle met pour faire le tour de son étoile—n’est que de 7,8 heures. Les forces gravitationnelles du pulsar, beaucoup plus massif, poussent la planète à adopter cette forme singulière de citron.
Ensemble, l’étoile et l’exoplanète peuvent être considérés comme un système de « veuve noire », bien que ce ne soit pas un exemple typique. Ces systèmes rares se caractérisent par un pulsar rapide jumelé à une compagne stellaire de petite taille et de faible masse. Autrefois, la matière de l’étoile compagne s’écoulait vers le pulsar, le faisant tourner plus vite et générant un fort vent. Ce vent et la radiation évaporaient la compagne, plus petite et moins massive. De façon similaire à la araignée qui leur donne leur nom, le pulsar consommait lentement sa compagne malheureuse. Cependant, dans ce cas, la compagne est officiellement considérée comme un exoplanète.
Parmi les 6 000 exoplanètes connues, celle-ci est la seule à ressembler à un géant gazeux (avec une masse, un rayon et une température semblables à ceux d’un Jupiter chaud) en orbite autour d’un pulsar. Il est avéré que seuls quelques pulsars possèdent des planètes.
« Cette entité s’est-elle formée comme une planète ordinaire ? Non, car sa composition est totalement différente », déclare Zhang. « S’est-elle formée en dépouillant une étoile de son enveloppe extérieure, comme le font les systèmes de veuve noire ‘normaux’ ? Probablement pas, car la physique nucléaire ne produit pas de carbone pur. Il est très difficile d’imaginer comment une telle composition extrêmement riche en carbone pourrait exister. Cela semble écarter tout mécanisme de formation connu. »
Roger Romani, co-auteur de l’étude venant de l’Université de Stanford et de l’Institut Kavli d’Astrophysique de Particules et Cosmologie, propose une théorie : « À mesure que la compagne se refroidit, le mélange de carbone et d’oxygène dans son intérieur commence à cristalliser. Les cristaux de carbone pur flottent vers la surface et se mélangent avec l’hélium, et c’est cela que nous observons. Mais quelque chose doit se passer pour éloigner l’oxygène et l’azote. Et c’est là que réside le mystère. »
« Mais c’est bien de ne pas tout savoir », réfléchit Romani. « J’ai vraiment hâte d’en apprendre davantage sur l’originalité de cette atmosphère. C’est fantastique d’avoir un casse-tête à résoudre. »
Points à retenir
- Découverte d’un exoplanète avec une atmosphère unique et une composition riche en carbone.
- PSR J2322-2650b orbite extrêmement proche d’un pulsar.
- Températures variant entre 650 °C et 2 037 °C sur le planétaire.
- Observation de carbone moléculaire C₃ et C₂, inhabituelle pour une atmosphère d’exoplanète.
- Phenomène de veuve noire, bien que l’exoplanète soit la compagne du pulsar.
Ce phénomène fascinant ouvre de nouvelles perspectives sur notre compréhension des exoplanètes. Si les chercheurs continuent d’explorer ces mystères dans les profondeurs de l’univers, cela pourrait bien révolutionner notre vision de la formation des mondes. En tant qu’obsédé par les mystères de l’espace, je reste utile d’imaginer le potentiel illimité que ces découvertes pourraient apporter à notre compréhension non seulement de l’univers, mais aussi de notre propre existence. Quelle est la prochaine révélation que nous réserve le cosmos ?