De premières preuves d’une « exoplanète océan », LHS 1140 b, ont été obtenues grâce au télescope spatial James Webb. Mais il reste encore de nombreux facteurs inconnus à résoudre pour déterminer la nature de cette super-Terre située à 48 années-lumière de nous.

Le télescope spatial James Webb (JWST), depuis son lancement en 2021, contribue déjà énormément à la science. Et cet été 2024 n’y coupe pas : le JWST a transmis des données qui changent notre point de vue sur une exoplanète que nous connaissions déjà, située à 48 années-lumière de nous, dans la constellation de la baleine.

Elle s’appelle LHS 1140 b a été découverte en 2017. Les astronomes estiment alors qu’elle pourrait être une sorte de mini-Neptune — en somme, être une planète gazeuse, enveloppée d’une fine atmosphère d’hydrogène et d’hélium. Mais une équipe de planétologues du CNRS et d’astrophysiciens de l’université de Montréal ont récemment analysé les données livrées par le JWST, et elles pointent vers une exoplanète « océan », essentiellement composée d’eau liquide. L’étude (en ligne depuis le 21 juin 2024) sera bientôt publiée dans The Astrophysical Journal.

« De toutes les exoplanètes tempérées actuellement connues, LHS 1140 b pourrait bien être notre meilleure chance de confirmer un jour indirectement la présence d’eau liquide à la surface d’un monde extraterrestre situé au-delà de notre système solaire », confirme dans un communiqué Charles Cadieux, auteur principal de cette étude. L’exoplanète serait donc une super-Terre constituée d’un océan.

Comment étudie-t-on une planète comme LHS 1140 b ?

Puisque l’exoplanète est située à 48 années-lumière de nous, comment peut-on supposer, grâce à des débuts de preuves, qu’elle serait une planète-océan ? Le JWST embarque, notamment, un instrument appelé NIRISS (Near-InfraRed Imager and Slitless Spectrograph). Il sert à étudier le rayonnement dans le proche infrarouge émis par des objets célestes. Le comportement de l’absorption de la lumière, lors de phases spécifiques du transit de la planète par rapport à son étoile, permet d’obtenir des informations sur la composition d’une exoplanète. Un autre instrument a été utilisé, NIRSpec, sous d’autres longueurs d’onde.

De précédentes observations LHS 1140 b ont montré que cette planète est d’une faible densité. Comme le précise le CNRS, cette faible densité « suggère la présence d’une épaisse enveloppe d’hydrogène et d’hélium et/ou d’une importante quantité d’eau sur la planète ». Or, l’usage de ces deux instruments surpuissants du JWST montrent que LHS 1140 b a perdu son enveloppe d’hydrogène et d’hélium. Reste donc, avec niveau de plausibilité rehaussé, la possibilité d’une planète riche en eau.

À gauche, l'hypothèse boule de glace. À droite, l'hypothèse d'une partie "océan". On voit aussi la différence de taille avec la Terre. // Source : Image de synthèse (B. Gougeon/Université de Montréal)
À gauche, l’hypothèse boule de glace. À droite, l’hypothèse d’une partie « océan ». On voit aussi la différence de taille avec la Terre. // Source : Image de synthèse (B. Gougeon/Université de Montréal)

Maintenant que l’on présuppose qu’il y a de l’eau, celle-ci peut prendre plusieurs formes. Pourquoi entend-on parler d’une exoplanète océan ? La distance entre la planète et son étoile joue un rôle important ici. LHS 1140 b est assez proche de son soleil, une naine rouge. Cette proximité suggère que l’eau de la planète est — au moins en partie — sous forme liquide, que ce soit en surface ou dans ses profondeurs (cf. illustration ci-dessus, au centre).

Une température possible de 30 degrés

« Dans le cas où LHS1140b possèderait une atmosphère semblable à celle de la Terre, des simulations numériques du climat montrent que la température de surface de cet océan extraterrestre pourrait atteindre des températures de l’ordre de 30 degrés Celsius », précise d’ailleurs le CNRS (de quoi susciter aussi l’intérêt sur son « habitabilité »).

Se pose donc aussi la question de l’atmosphère. Sans atmosphère, pas d’océan possible. Beaucoup de candidates exoplanètes ont finalement été exclues de toute présence d’eau et de toute « habitabilité » biologique possible car, finalement, elles n’avaient plus d’atmosphère. Sauf que LHS 1140 b est une « super-Terre », d’une masse 5,6 fois plus élevée et d’une gravité deux fois plus élevée que la Terre. Résultat, elle est « bien plus à même d’avoir conservé son atmosphère ». De même, il semblerait que celle-ci contienne de l’azote, comme la Terre.

« Nous avons besoin d’au moins une année supplémentaire d’observations pour confirmer que LHS 1140 b possède une atmosphère »

Tous ces indices constituent le faisceau de preuves tangibles le plus important jamais obtenu à ce jour pour supposer la découverte d’une exoplanète océan — au moins en partie. En partie, car cette planète présente toujours la même face à son étoile. La partie diurne pourrait donc être liquide ; et la partie obscure serait alors glacée.

Impossible, toutefois, à ce stade, d’affirmer que la trouvaille est confirmée ni que ces caractéristiques eau/glace correspondent entièrement à la réalité. L’enquête continue : il s’agit dorénavant de caractériser la fameuse atmosphère de LHS 1140 b. Et cela prend du temps : « Nous avons besoin d’au moins une année supplémentaire d’observations pour confirmer que LHS 1140 b possède une atmosphère, et probablement de deux ou trois années de plus pour détecter le dioxyde de carbone », explique, dans le communiqué, le professeur René Doyon.

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