Depuis sa découverte en 2005, l'exoplanète HD 189733b a été l'une des planètes extra-solaires les plus observées, en raison de sa taille, de son orbite compacte, de sa proximité avec la Terre et de son atmosphère séduisante de ciel bleu. Mais les astronomes utilisant le télescope spatial Hubble et le télescope Swift ont été témoins de changements spectaculaires dans la haute atmosphère de la planète à la suite d'une violente poussée de son parent qui a baigné la planète de rayons X intenses. Les scientifiques disent que pouvoir regarder l'action donne un aperçu alléchant des changements climatiques et météorologiques sur les planètes en dehors de notre système solaire.
Alors que HD 189733b a un ciel bleu comme la Terre, c'est l'un des nombreux «Jupiters chauds» qui ont été les plus faciles à trouver pour les chasseurs d'exoplanètes: d'énormes planètes gazeuses qui orbitent extrêmement près de son étoile. HD 189733 se trouve extrêmement près de son étoile, appelée HD 189733A, à seulement un trentième de la distance de la Terre au Soleil, tournant autour de l'étoile en 2,2 jours. De plus, le système est à seulement 63 années-lumière, si proche que son étoile peut être vue avec des jumelles près de la célèbre nébuleuse des haltères.
Même si son étoile est légèrement plus petite et plus froide que le Soleil, cela rend le climat de la planète exceptionnellement chaud, à plus de 1000 degrés Celsius, et la haute atmosphère est frappée par des rayonnements énergétiques extrêmes ultraviolets et rayons X.
Même si l'atmosphère du HD 189733b n'était pas censée s'évaporer (comme une exoplanète similaire appelée Osiris ou HD 209458b), les astronomes savaient que le potentiel était là. Les gaz atmosphériques s'étendent bien au-delà de la «surface» planétaire, permettant à la lumière stellaire de traverser, et dans les observations précédentes, les astronomes ont pu avoir un aperçu des composés chimiques entourant le HD 189733b. De cette analyse, les scientifiques ont déduit que l'eau et le méthane sont contenus dans l'atmosphère; et plus tard, le télescope spatial Spitzer a même cartographié la distribution de la température dans le monde entier. Des recherches supplémentaires ont indiqué qu'une fine couche de particules existe dans la haute atmosphère de HD 189733b, créant de minces nuages réfléchissants.
L'astronome Alain Lecavelier des Etangs de l'Institut d'Astrophysique de Paris en France a dirigé une équipe utilisant Hubble pour observer l'atmosphère de cette planète pendant deux périodes début 2010 et fin 2011, car elle se découpait sur son étoile mère. Rétro-éclairée de cette façon, l'atmosphère de la planète imprime sa signature chimique sur la lumière des étoiles, permettant aux astronomes de décoder ce qui se passe sur des échelles trop petites pour être directement représentées. Ils espéraient voir l'atmosphère s'évaporer, mais ont été déçus en 2010.
"La première série d'observations était en fait décevante", a déclaré Lecavelier, "car elles ne montraient aucune trace de l'atmosphère de la planète. Nous avons seulement réalisé que nous avions découvert quelque chose de plus intéressant lorsque la deuxième série d'observations est arrivée. »
Les observations de suivi de l'équipe, faites en 2011, ont montré un changement spectaculaire, avec des signes clairs d'un panache de gaz soufflé de la planète à une vitesse d'au moins 1000 tonnes par seconde, à des vitesses de 300 000 mph, donnant à la planète une apparence de comète.
"Nous n'avions pas seulement confirmé que l'atmosphère de certaines planètes s'évaporait", a déclaré Lecavelier, "nous avions vu les conditions physiques de l'atmosphère s'évaporer varier dans le temps. Personne n'avait fait ça auparavant. »
Alors pourquoi l'état de l'atmosphère a-t-il changé?
Malgré la température extrême de la planète, l'atmosphère n'est pas assez chaude pour s'évaporer au rythme observé en 2011. Au lieu de cela, l'évaporation serait provoquée par les rayons X intenses et le rayonnement ultraviolet extrême de l'étoile mère, qui est d'environ 20 fois plus puissant que celui de notre propre Soleil. Compte tenu également du fait que HD 189733b est une planète géante très proche de son étoile, elle doit alors subir une dose de rayons X 3 millions de fois plus élevée que la Terre.
Parce que les rayons X et la lumière ultraviolette extrême des étoiles chauffent l'atmosphère de la planète et conduisent probablement à sa fuite, l'équipe a également surveillé l'étoile avec le télescope à rayons X de Swift (XRT). Le 7 septembre 2011, à peine huit heures avant que Hubble ne devait observer le transit, Swift surveillait l'étoile lorsqu'elle a déclenché une puissante fusée éclairante. Il s'est éclairci de 3,6 fois aux rayons X, une pointe se produisant au-dessus des niveaux d'émission qui étaient déjà supérieurs à ceux du soleil.
"La proximité de la planète avec l'étoile signifie qu'elle a été frappée par une explosion de rayons X des dizaines de milliers de fois plus forte que la Terre n'en souffre même pendant une éruption solaire de classe X, la catégorie la plus forte", a déclaré le co-auteur Peter Wheatley, physicien à l'Université de Warwick en Angleterre.
Après avoir pris en compte l'énorme taille de la planète, l'équipe note que le HD 189733b a rencontré environ 3 millions de fois plus de rayons X que la Terre reçoit d'une éruption solaire au seuil de la classe X.
"Les émissions de rayons X représentent une petite partie de la production totale de l'étoile, mais c'est la partie qui est suffisamment énergétique pour entraîner l'évaporation de l'atmosphère", a déclaré le co-auteur Peter Wheatley de l'Université de Warwick, au Royaume-Uni. «Il s'agissait de la fusée à rayons X la plus brillante de HD 189733A parmi plusieurs observés à ce jour, et il semble très probable que l'impact de cette fusée sur la planète ait entraîné l'évaporation observée quelques heures plus tard avec Hubble.»
L'équipe a également déclaré que les changements dans la production de l'étoile pourraient signifier qu'elle subit un processus saisonnier similaire au cycle de taches solaires de 11 ans du Soleil.
L'équipe espère clarifier les changements dont ils ont été témoins à l'aide d'observations futures avec Hubble et le télescope spatial XMM-Newton de l'ESA, mais il ne fait aucun doute que la planète a été touchée par une éruption stellaire et que le taux d'évaporation de l'atmosphère de la planète s'est envolée.
Cette recherche montre les avantages de la recherche collaborative entre les missions, comme Swift a vu la fusée éclairante et Hubble a vu la quantité massive de gaz évacuée de l'atmosphère de la planète. Il offre également un potentiel pour de futures recherches, pour surveiller les changements à la fois dans l'étoile et dans l'atmosphère d'autres mondes.
Cette vidéo du Goddard Spaceflight Center de la NASA fournit des informations supplémentaires:
Légende de l'image principale: Le rendu de cet artiste illustre l'évaporation de l'atmosphère du HD 189733b en réponse à une puissante éruption de son étoile hôte. Le télescope spatial Hubble de la NASA a détecté les gaz qui s'échappaient et le satellite Swift de la NASA a capté la fusée stellaire. Crédit: Goddard Space Flight Center de la NASA.
Deuxième légende d'image: Le télescope ultraviolet / optique de Swift a capturé cette vue de l'étoile de HD 189733b le 14 septembre 2011. L'image est de 6 minutes d'arc. Crédit: NASA / Swift / Stefan Immler
