Vue d’artiste de l’exoplanète TYC 8998-760-1 b — © Arndt Stelter / CC BY-SA 4.0

Des astronomes sont parvenus à comptabiliser le nombre de neutrons à l’intérieur d’atomes de carbone composant l’atmosphère d’une exoplanète située à une distance vertigineuse de 2 800 000 000 000 000 de km.

Une première

Les atomes d’un élément spécifique peuvent présenter des quantités variables de neutrons dans leur noyau, ce qui donne des variétés différentes que nous appelons isotopes. Le carbone, par exemple, possède 15 isotopes, parmi lesquels le carbone 12 et le carbone 13 se révèlent les plus stables et les plus courants dans la nature. La mesure des rapports entre les isotopes peut nous aider à dater les fossiles, à suivre le changement climatique et à rechercher des biomarqueurs de maladies.

Au-delà de la Terre, les scientifiques avaient mesuré les isotopes aussi loin que la Lune et Mars mais, dans le cadre de travaux publiés dans la revue Nature, des astronomes de l’Institut Max Planck ont maintenant étendu cette distance à une planète hors du Système solaire. Appelée Tycho 8998-760-1 b, celle-ci est une super-Jupiter située à environ 300 années-lumière, dans la constellation de la Mouche.

À l’aide du Very Large Telescope, les chercheurs ont analysé le spectre de la lumière de l’étoile hôte filtrant à travers l’atmosphère de la planète. Différents éléments et différents isotopes absorbent ce rayonnement à différentes longueurs d’onde, produisant un signal portant l’empreinte de la composition de l’air.

Cette image, capturée par l’instrument SPHERE du Very Large Telescope de l’ESO, montre l’étoile TYC 8998-760-1 accompagnée de deux exoplanètes géantes, TYC 8998-760-1b et TYC 8998-760-1c. C’est la première fois que des astronomes observent directement plus d’une planète en orbite autour d’une étoile similaire au Soleil — © ESO / Bohn et al. / CC BY-SA 4.0

Dans ce cas, il s’agissait principalement de vapeur d’eau et de monoxyde de carbone. Pour ce dernier, l’équipe a réussi à distinguer le carbone 12 du carbone 13, marquant ainsi la première mesure d’isotopes différents dans l’atmosphère d’une exoplanète. Les chercheurs s’attendaient à ce que le carbone 12 domine, avec environ un atome sur 70 de carbone 13, mais à leur grande surprise, cette quantité s’est avérée deux fois plus importante.

« La planète est 150 fois plus éloignée de son étoile mère que notre Terre ne l’est du Soleil »

Si la raison d’une telle concentration demeure un mystère, l’équipe a émis une hypothèse. Dans un système planétaire, le monoxyde de carbone existe plus facilement sous forme gazeuse à proximité de l’étoile, mais au-delà d’un certain point, il gèle. Ce point est connu sous le nom de ligne des glaces du monoxyde de carbone, et les planètes situées de part et d’autre de cette ligne présentent des rapports isotopiques différents. Et il se trouve que la planète examinée tourne autour de son astre à une distance beaucoup plus grande que toute autre planète connue dans notre Système solaire.

« La planète est 150 fois plus éloignée de son étoile mère que notre Terre ne l’est du Soleil », détaille Paul Mollière, co-auteur de l’étude. « À une telle distance, les glaces se sont peut-être formées avec plus de carbone 13, ce qui explique la fraction plus élevée de cet isotope dans l’atmosphère de la planète aujourd’hui. »

Selon l’équipe, les futures mesures isotopiques des exoplanètes pourraient nous aider à mieux comprendre leur développement et leur évolution.

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