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Une nouvelle base de données de lignes de molécules lève le voile sur la composition de l'atmosphère des exoplanètes.

Les scientifiques ont détecté un grand nombre d'exoplanètes. L'étape suivante, et probablement la plus excitante, sera de trier celles qui ressemblent à la Terre. Il faudra pour cela d'énormes quantités de données de spectroscopie, que le projet EXOMOL vient justement de compiler en une seule base de données.
Une nouvelle base de données de lignes de molécules lève le voile sur la composition de l'atmosphère des exoplanètes.
La base de données EXOMOL (ExoMol: molecular line lists for exoplanet atmospheres) a été terminée en avril 2016. Elle a été obtenue en associant des méthodes basées sur des principes premiers et des méthodes de mécanique quantique optimisées expérimentalement, pour fournir des listes complètes de lignes de transition pour les molécules présentes dans les atmosphères de température élevée.

Cette vaste base de données peut servir à calculer jusqu'à 100 milliards de transitions, et contribuera à la caractérisation et à la simulation spectrales. Elle servira aussi de source pour les modèles de l'atmosphère des exoplanètes, des naines brunes, des étoiles froides et pour d'autres modèles comme la combustion et les taches stellaires.

Le professeur Jonathan Tennyson, qui a coordonné le projet pour l'University College London, souligne à quel point cet outil sera inestimable pour dériver la composition chimique, la température et d'autres caractéristiques fondamentales des objets que les scientifiques espèrent observer grâce à une nouvelle génération de télescopes.

Quel est l'intérêt pour les scientifiques de disposer de lignes complètes des molécules trouvées dans les atmosphères chaudes?

L'augmentation de la température rend plus complexe la façon dont les molécules absorbent et émettent la lumière. Il faut donc énormément de données pour modéliser la façon dont la lumière traverse une atmosphère chaude comme celle d'une étoile «froide», d'une naine brune ou d'une exoplanète, parfois plusieurs milliards de lignes pour une seule molécule. Le projet EXOMOL a fourni de nombreuses listes de lignes pour les molécules essentielles à ces études.

Quelle sera la contribution de vos travaux à l'efficacité des nouveaux télescopes financés par l'Europe?

Ces listes de lignes sont essentielles pour interpréter les observations astronomiques de corps chauds. Elles permettent d'extrapoler des informations à partir de ces observations. Elles sont aussi importantes pour réaliser des modèles des corps en question.

Comment avez-vous pu créer ces listes?

Notre approche est principalement théorique. Nous essayons de réaliser un modèle complet de mécanique quantique pour chaque molécule qui absorbe la lumière. Cependant, certaines parties (notamment les longueurs d'ondes exactes) sont très difficiles à obtenir en résolvant les équations de mécanique quantique: elles sont trop compliquées pour atteindre une exactitude suffisante. Nous utilisons donc toutes les données de laboratoire disponibles pour nous aider à améliorer le modèle. Beaucoup de ces calculs sont énormes, aussi ils exigent des ordinateurs très puissants et beaucoup de temps.

Comment les scientifiques intéressés peuvent-ils bénéficier de vos travaux?

Nous fournissons les données sur notre site web, et nous travaillons avec plusieurs groupes pour essayer de proposer les listes de lignes sous des formes plus faciles à gérer. Comme vous pouvez l'imaginer, il n'est guère facile d'utiliser des modèles complexes avec des milliards de lignes, nous essayons donc de convertir nos résultats dans des formes mieux adaptées aux modèles.

Pouvez-vous nous donner l'exemple d'un cas où EXOMOL facilitera le travail des scientifiques?

Le meilleur exemple est probablement notre résultat sur le méthane. Nous avons créé la première liste complète de lignes sur le méthane, avec 10 milliards de lignes. Elle n'est cependant pas encore complète pour les plus hautes températures qui nous intéressent. L'utilisation de cette ligne a conduit à un modèle pleinement quantitatif des naines brunes de type T, des étoiles froides avortées parfois nommés étoiles à méthane, ce que tous les modèles précédents n'avaient pu réaliser.

Nous avons récemment participé à la première étude de l'atmosphère d'une «super-terre». L'usage de nos lignes a montré que la seule molécule avec une signature claire était le cyanure d'hydrogène! Ce n'est pas un endroit que vous aimeriez visiter.

Le projet s'est achevé le mois dernier. Comptez-vous continuer à développer votre base de données?

Absolument. Nous avons reçu des fonds de suivi du STFC (le conseil de recherche du Royaume-Uni qui finance la recherche en astronomie), et nous avons plusieurs projets en cours.

J'ajouterais que si la motivation du projet et le choix de molécules visaient principalement l'astronomie, nos listes de lignes sont largement utilisées dans d'autres domaines. Il convient de noter que je suis l'ingénieur le plus cité par l'UCL! Nous avons aussi quelques projets financés par des personnes intéressées par la surveillance des rejets de gaz chauds à partir de cheminées. Cet environnement est étonnamment similaire à celui des exoplanètes que nous étudions.

EXOMOL
Financé au titre de FP7-IDEAS-ERC
site web du projet
page du projet sur CORDIS

Source: Entretien extrait du magazine research*eu consacré aux résultats, n° 53 p.12-13

Informations connexes

Numéro d'enregistrement: 125624 / Dernière mise à jour le: 2016-06-27
Catégorie: Entretiens
Fournisseur: ec