Champ magnétique découvert sur une planète hors du système solaire

Des chercheurs ont identifié la première signature d’un champ magnétique entourant une planète en dehors de notre système solaire. Le champ magnétique de la Terre agit comme un bouclier contre les particules énergétiques du soleil, connues sous le nom de vent solaire. Les champs magnétiques pourraient jouer des rôles similaires sur d’autres planètes.

Une équipe internationale d’astronomes a utilisé les données du télescope spatial Hubble pour découvrir la signature d’un champ magnétique sur une planète située en dehors de notre système solaire. Cette découverte, décrite dans un article de la revue Nature Astronomy, est la première fois qu’une telle caractéristique est observée sur une exoplanète.

Un champ magnétique explique parfaitement les observations d’une région étendue de particules de carbone chargées qui entourent la planète et s’en éloignent en une longue queue. Les champs magnétiques jouent un rôle crucial dans la protection des atmosphères planétaires. La capacité de détecter les champs magnétiques des exoplanètes est donc un pas important vers une meilleure compréhension de ce à quoi ces mondes extraterrestres peuvent ressembler.

L’équipe a utilisé le télescope Hubble pour observer l’exoplanète HAT-P-11b, une planète de la taille de Neptune située à 123 années-lumière de la Terre, qui a traversé directement la face de son étoile hôte à six reprises au cours de ce que l’on appelle un « transit. Les observations ont été réalisées dans le spectre de la lumière ultraviolette, qui se situe juste au-delà de ce que l’œil humain peut voir.

Hubble a détecté des ions carbone – des particules chargées qui interagissent avec les champs magnétiques – entourant la planète dans ce qu’on appelle une magnétosphère. Une magnétosphère est une région autour d’un objet céleste (comme la Terre) qui est formée par l’interaction de l’objet avec le vent solaire émis par son étoile hôte.

« C’est la première fois que la signature du champ magnétique d’une exoplanète a été directement détectée sur une planète en dehors de notre système solaire », a déclaré Gilda Ballester, professeur adjoint de recherche au Lunar and Planetary Laboratory de l’Université d’Arizona et l’un des coauteurs de l’article. « Un champ magnétique fort sur une planète comme la Terre peut protéger son atmosphère et sa surface du bombardement direct des particules énergétiques qui composent le vent solaire. Ces processus affectent fortement l’évolution de la vie sur une planète comme la Terre, car le champ magnétique protège les organismes de ces particules énergétiques. »

La découverte de la magnétosphère de HAT-P-11b est une étape importante vers une meilleure compréhension de l’habitabilité d’une exoplanète. Toutes les planètes et lunes de notre système solaire ne possèdent pas leur propre champ magnétique, et le lien entre les champs magnétiques et l’habitabilité d’une planète doit encore être étudié, selon les chercheurs.

« HAT-P-11 b s’est avérée être une cible très intéressante, car les observations de transit UV de Hubble ont révélé une magnétosphère, vue à la fois comme une composante ionique étendue autour de la planète et une longue queue d’ions s’échappant « , a déclaré M. Ballester, ajoutant que cette méthode générale pourrait être utilisée pour détecter les magnétosphères sur une variété d’exoplanètes et pour évaluer leur rôle dans l’habitabilité potentielle.

Ballester, chercheur principal de l’un des programmes du télescope spatial Hubble qui a observé HAT-P-11b, a contribué à la sélection de cette cible spécifique pour les études UV. L’une des principales découvertes a été l’observation d’ions carbone non seulement dans une région entourant la planète, mais aussi dans une longue queue qui s’éloigne de la planète à une vitesse moyenne de 100 000 mph. Cette queue s’étendait dans l’espace sur au moins une unité astronomique, soit la distance entre la Terre et le soleil.

Les chercheurs dirigés par le premier auteur de l’article, Lotfi Ben-Jaffel, de l’Institut d’astrophysique de Paris, ont ensuite utilisé des simulations informatiques en 3D pour modéliser les interactions entre les régions atmosphériques les plus élevées et le champ magnétique de la planète avec le vent solaire entrant.

« Tout comme le champ magnétique de la Terre et son environnement spatial immédiat interagissent avec le vent solaire incident, qui est constitué de particules chargées se déplaçant à environ 900 000 mph, il existe des interactions entre le champ magnétique de HAT-P-11b et son environnement spatial immédiat avec le vent solaire provenant de son étoile hôte, et ces interactions sont très complexes », a expliqué M. Ballester.

La physique des magnétosphères de la Terre et de HAT-P-11b est la même, mais la proximité de l’exoplanète par rapport à son étoile – à peine un vingtième de la distance Terre-Soleil – fait que sa haute atmosphère se réchauffe et  » bout  » dans l’espace, ce qui entraîne la formation de la queue magnétique.

Les chercheurs ont également constaté que la métallicité de l’atmosphère de HAT-P-11b – le nombre d’éléments chimiques dans un objet qui sont plus lourds que l’hydrogène et l’hélium – est plus faible que prévu. Dans notre système solaire, les planètes gazeuses glacées, Neptune et Uranus, sont riches en métaux mais ont des champs magnétiques faibles, tandis que les planètes gazeuses beaucoup plus grandes, Jupiter et Saturne, ont une faible métallicité et des champs magnétiques forts. Selon les auteurs, la faible métallicité atmosphérique de HAT-P-11b remet en question les modèles actuels de formation des exoplanètes.

« Bien que la masse de HAT-P-11b ne représente que 8% de celle de Jupiter, nous pensons que l’exoplanète ressemble davantage à une mini-Jupiter qu’à une Neptune », a déclaré Ballester. « La composition atmosphérique que nous observons sur HAT-P-11b suggère que des travaux supplémentaires doivent être effectués pour affiner les théories actuelles sur la façon dont certaines exoplanètes se forment en général.« 

Référence : « Signatures of strong magnetization and a metal-poor atmosphere for a Neptune-sized exoplanet » par Lotfi Ben-Jaffel, Gilda E. Ballester, Antonio García Muñoz, Panayotis Lavvas, David K. Sing, Jorge Sanz-Forcada, Ofer Cohen, Tiffany Kataria, Gregory W. Henry, Lars Buchhave, Thomas Mikal-Evans, Hannah R. Wakeford et Mercedes López-Morales, 16 décembre 2021, Nature Astronomy.
DOI: 10.1038/s41550-021-01505-x

Le télescope spatial Hubble est un projet de coopération internationale entre la NASA et l’Agence spatiale européenne. Les observations ont été réalisées dans le cadre des programmes suivants : Le petit programme HST #14625 dédié à HAT-P-11b (investigateur principal Gilda E. Ballester) et le programme HST Treasury #14767 nommé PanCET : The Panchromatic Comparative Exoplanetary Treasury program (co-chercheurs principaux David K. Sing et Mercedes López-Morales).

L’article intitulé « Signatures of Strong Magnetization and a Metal-Poor Atmosphere for a Neptune-Size Exoplanet » est publié dans le numéro du 16 décembre de Nature Astronomy. Les co-auteurs, outre Ballester et Ben-Jaffel, sont Antonio García Muñoz, Panayotis Lavvas, David K. Sing, Jorge Sanz-Forcada, Ofer Cohen, Tiffany Kataria, Gregory W. Henry, Lars Buchahave, Thomas Mikal-Evans, Hannah R. Wakeford et Mercedes López-Morales.