Une brume extraterrestre, préparée dans un laboratoire, ouvre la vue sur des mondes aquatiques lointains

Les scientifiques ont simulé des conditions permettant la formation d’un ciel brumeux sur des exoplanètes riches en eau, une étape cruciale pour déterminer comment le flou brouille les observations des télescopes terrestres et spatiaux.

La recherche offre de nouveaux outils pour étudier la chimie atmosphérique des exoplanètes et aidera les scientifiques à modéliser la façon dont les exoplanètes aquatiques se forment et évoluent, des découvertes qui pourraient aider à la recherche de la vie au-delà de notre système solaire.

“L’essentiel est de savoir s’il y a de la vie en dehors du système solaire, mais pour répondre à ce genre de question, il faut une modélisation très détaillée de tous les types, en particulier sur les planètes avec beaucoup d’eau”, a déclaré Sarah Hörst, co-auteure de l’université Johns Hopkins. professeur agrégé de sciences de la Terre et des planètes. “Cela a été un énorme défi parce que nous n’avons tout simplement pas le travail de laboratoire pour le faire, nous essayons donc d’utiliser ces nouvelles techniques de laboratoire pour tirer le meilleur parti des données que nous collectons avec tous ces grands télescopes sophistiqués. “.

L’équipe a publié ses conclusions aujourd’hui (27 novembre) dans Astronomie naturelle.

Le fait que l’atmosphère d’une planète contienne des brumes ou d’autres particules a une influence marquée sur les températures mondiales, les niveaux de lumière des étoiles et d’autres facteurs qui peuvent entraver ou favoriser l’activité biologique, ont indiqué les chercheurs.

L’équipe a mené les expériences dans une chambre conçue sur mesure au sein du laboratoire de Hörst. Ils sont les premiers à déterminer l’ampleur de la brume qui peut se former sur les planètes aquatiques situées au-delà du système solaire, a déclaré Hörst.

La brume est constituée de particules solides en suspension dans un gaz et modifie la façon dont la lumière interagit avec ce gaz. Différents niveaux et types de brume peuvent affecter la façon dont les particules se propagent dans une atmosphère, modifiant ainsi ce que les scientifiques peuvent détecter sur des planètes lointaines avec des télescopes.

“L’eau est la première chose que nous recherchons lorsque nous essayons de voir si une planète est habitable, et il existe déjà des observations passionnantes d’eau dans l’atmosphère d’exoplanètes. Mais nos expériences et notre modélisation suggèrent que ces planètes contiennent très probablement aussi de la brume”, a déclaré Chao He, un planétologue qui a dirigé les recherches à Johns Hopkins. “Cette brume complique vraiment nos observations, car elle obscurcit notre vision de la chimie atmosphérique et des caractéristiques moléculaires d’une exoplanète.”

Les scientifiques étudient les exoplanètes avec des télescopes qui observent la façon dont la lumière traverse leur atmosphère, repérant comment les gaz atmosphériques absorbent différentes teintes ou longueurs d’onde de cette lumière. Des observations faussées peuvent conduire à des erreurs de calcul sur les quantités de substances importantes dans l’air, telles que l’eau et le méthane, ainsi que sur le type et les niveaux de particules dans l’atmosphère. De telles interprétations erronées peuvent nuire aux conclusions des scientifiques sur les températures mondiales, l’épaisseur de l’atmosphère et d’autres conditions planétaires, a déclaré Hörst.

L’équipe a concocté deux mélanges gazeux contenant de la vapeur d’eau et d’autres composés supposés être courants dans les exoplanètes. Ils ont diffusé ces concoctions avec de la lumière ultraviolette pour simuler la façon dont la lumière d’une étoile déclencherait les réactions chimiques qui produisent des particules de brume. Ils ont ensuite mesuré la quantité de lumière absorbée et réfléchie par les particules pour comprendre comment elles interagiraient avec la lumière de l’atmosphère.

Les nouvelles données correspondent plus précisément aux signatures chimiques d’une exoplanète bien étudiée appelée GJ 1214 b que les recherches précédentes, démontrant que des brumes ayant des propriétés optiques différentes peuvent conduire à des interprétations erronées de l’atmosphère d’une planète.

Les atmosphères extraterrestres peuvent être très différentes de celles de notre système solaire, a déclaré Hörst, ajoutant qu’il existe plus de 5 000 exoplanètes confirmées avec des chimies atmosphériques variables.

L’équipe travaille maintenant à créer davantage d’« analogues » de brume fabriqués en laboratoire avec des mélanges de gaz qui représentent plus précisément ce qu’ils voient avec les télescopes.

“Les gens pourront utiliser ces données lorsqu’ils modéliseront ces atmosphères pour essayer de comprendre des choses comme la température dans l’atmosphère et à la surface de cette planète, s’il y a des nuages, quelle est leur hauteur et de quoi ils sont constitués. , ou à quelle vitesse vont les vents”, a déclaré Hörst. “Toutes ces sortes de choses peuvent nous aider à vraiment concentrer notre attention sur des planètes spécifiques et à rendre nos expériences uniques au lieu de simplement exécuter des tests généralisés pour essayer de comprendre la situation dans son ensemble.”