Des connexions atmosphériques entre les étoiles et les exoplanètes
Des astronomes ont pu confirmer l’existence de plus de 6 000 exoplanètes dans notre galaxie, en orbite autour d’étoiles autres que notre soleil. La plupart de ces planètes sont identifiées lorsqu’elles passent devant leur étoile, provoquant une baisse temporaire de luminosité. «Compte tenu de notre instrumentation actuelle, les exoplanètes qui passent à proximité de leur étoile sont plus faciles à trouver», explique Aline Vidotto, coordinatrice du projet ASTROFLOW(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), de l’université de Leyde(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), aux Pays-Bas. «Ces découvertes sont passionnantes car ces planètes sont de véritables laboratoires qui nous aident à comprendre ce qui se passe à proximité des étoiles.»
Étudier l’échappement atmosphérique des planètes
Le projet ASTROFLOW, soutenu par le Conseil européen de la recherche(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), entendait utiliser ces exoplanètes comme des «laboratoires» afin d’examiner l’interaction entre les étoiles et les planètes qui gravitent autour d’elles. Aline Vidotto voulait notamment savoir comment cette interaction affecte l’échappement atmosphérique. Ces informations pourraient apporter un éclairage nouveau sur l’évolution des premières planètes, y compris la nôtre. Les scientifiques savent que les planètes, y compris la jeune Terre, perdent de la masse, souvent parce que leur atmosphère s’échappe dans l’espace sous l’effet du rayonnement stellaire (un processus connu sous le nom de photoévaporation). Les exoplanètes étudiées par ASTROFLOW devaient être suffisamment grandes pour que l’échappement atmosphérique puisse être détecté (les distances sont stupéfiantes, étant donné que l’exoplanète la plus proche de nous se trouve à plus de quatre années-lumière). En même temps, beaucoup d’entre elles étaient plus proches de leur étoile que Mercure ne l’est de notre soleil.
Modéliser les vents stellaires
Tout d’abord, l’équipe du projet a modélisé la matière éjectée (les vents stellaires) émanant de leurs étoiles cibles. «Nous pouvons considérer les vents stellaires comme un fluide qui s’échappe vers l’extérieur», explique Aline Vidotto. «Nous avons modélisé ces vents en trois dimensions, en tenant compte de la densité, de la vitesse et de différentes forces telles que les champs magnétiques.» Ensuite, l’équipe a développé des modèles pour expliquer l’échappement atmosphérique émanant des exoplanètes proches. Ces modèles ont ensuite été combinés pour créer une image de la façon dont les atmosphères de ces planètes et étoiles proches interagissent. Cette modélisation a permis à l’équipe de faire un certain nombre de nouvelles découvertes. «Nous avons découvert que si une planète orbite dans une région où le vent stellaire est dominé par l’énergie magnétique, l’échappement atmosphérique se fait principalement par une seule région polaire», note Aline Vidotto. «On aurait dit que l’un des pôles avait disparu.» L’équipe a finalement réalisé qu’en raison du vent stellaire dominé par le magnétisme, l’un des pôles était en fait directement connecté à son étoile. En d’autres termes, il a formé une sorte de «tube» d’évaporation atmosphérique. C’est la première fois qu’un tel phénomène est identifié.
Comprendre notre propre évolution planétaire
Ces résultats pourraient nous aider à mieux comprendre notre propre évolution planétaire. Nous pensons que l’atmosphère terrestre contenait autrefois beaucoup plus d’hydrogène et d’hélium, qui ont ensuite été éliminés, probablement par le mécanisme étudié par ASTROFLOW, la photoévaporation. Aline Vidotto aimerait poursuivre ce travail révolutionnaire en créant des modèles qui prennent en compte d’autres gaz d’échappement atmosphérique tels que l’hélium. «Nous aimerions également savoir si nos modèles peuvent être appliqués à des exoplanètes dont l’orbite est plus éloignée de leur étoile», ajoute-t-elle. Les travaux d’ASTROFLOW coïncident aussi avec deux missions spatiales en cours qui ont envoyé des sondes en orbite près du Soleil: la Solar Orbiter(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), de l’Agence spatiale européenne, et la Parker Solar Probe de la NASA. Ces deux missions visent à mieux connaître les vents stellaires. «Les exoplanètes que nous avons étudiées sont un peu comme des sondes naturelles», ajoute Aline Vidotto.
