Le spectre des exoplanètes
La spectroscopie nous renseigne sur la composition de l’atmosphère des exoplanètes:
La plupart des informations sur les planètes du système solaire nous proviennent de l’étude de leur rayonnement électromagnétique, c’est-à-dire de l’analyse de leur rayonnement en fonction de la longueur d’onde, depuis l’ultraviolet jusqu’à l’infrarouge lointain, en passant par le rayonnement visible.
Comme pour tous les objets du système solaire, le spectre d’une exoplanète possède deux composantes bien distinctes. La première, que l’on trouve dans l’ultraviolet, le visible et l’infrarouge proche, est constituée de la lumière stellaire, réfléchie par l’exoplanète et partiellement absorbée par son atmosphère. La seconde composante correspond à l’émission propre de l’exoplanète. Elle dépend de sa température, et le maximum du flux est d’autant plus éloigné dans l’infrarouge lointain que sa température est basse. Ainsi Uranus et Neptune, avec des températures effectives de 50 K, présentent un maximum de flux vers 80 um. En revanche les pégasides, très proches de leur étoile, ont une température effective d’environ 1200 K, ce qui place le maximum de leur émission thermique dans l’infrarouge proche, aux environs de 2 um.
Les molécules atmosphériques que l’on peut détecter dans l’infrarouge sont principalement l’eau, le gaz carbonique, le monoxyde de carbone, le méthane et l’ammoniac. Dans le domaine visible, on peut aussi détecter certains atomes (Na, K, Li…). La nature des constituants atmosphériques dépend de la distance de l’exoplanète à son étoile. Nous avons vu que le méthane et l’ammoniac sont prédominants à une distance de quelques U.A. ; CO devient dominant par rapport à CH4 en deçà de 0,1 U.A. ; N2 devient plus abondant que NH3 à 0,05 U.A. et en deçà. De nombreuses espèces peuvent aussi condenser dans l’atmosphère d’une exoplanète, ce qui a pour effet de modifier sensiblement son spectre : ce peut être le cas de H20, de silicates, d’oxydes de titane, ou même de fer solide.
Jusqu’à présent, seuls quelques spectres de naines brunes ou de pégasides ont été mesurés dans le visible et l’infrarouge proche ; ils montrent pour la plupart la signature de l’eau et du méthane. La modélisation complète du spectre est cependant importante pour comprendre les sources d’opacité atmosphérique, ce qui influe directement sur la structure thermique de l’atmosphère des exoplanètes. Dans le futur, l’étude du spectre des exoplanètes pourra permettre l’identification d’éventuels constituants mineurs.
Vidéo : Le spectre des exoplanètes
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