Exoplanètes : ça chauffe au labo

Plus de 4 000 exoplanètes ont déjà été repérées¹. La dernière a été découverte en ce début d'année². Mais l’on sait peu de choses sur ces astres qui orbitent autour d’autres étoiles que le soleil. « Nous ne pouvons pas comprendre l’origine et l’évolution d’une planète sans connaître ses composants », explique Robert Georges, astrophysicien à l’Institut de physique de Rennes. Très lointaines, les exoplanètes sont difficiles à étudier... « C’est plus facile d’analyser leur atmosphère, dont les gaz laissent une trace dans la lumière de leur étoile. » Cette signature lumineuse, appelée le spectre, intéresse Eszter Dudàs. Spécialiste en mécanique des fluides, elle prépare une thèse sous la di-rection de Robert Georges. Les spectres de référence qu’elle produit en laboratoire sont comparés aux observations astronomiques.

Atmosphère à 2 000 °C

Enregistré par un télescope lorsqu’une exoplanète passe devant ou derrière son étoile, le spectre renseigne sur les molécules qui composent son atmosphère. Mais cette signature est difficile à déchiffrer quand la température est très élevée. « Plus le gaz est chaud, plus les molécules vibrent et tournent sur elles-mêmes, explique Eszter Dudàs. Cela brouille le signal. » C’est le cas pour les exoplanètes étudiées au laboratoire , car elles sont à proximité de leur soleil. Leur atmosphère peut atteindre 2 000 °C ! La première étape consiste à reproduire ces conditions extrêmes, pour étudier le comportement du milieu gazeux.
Dans un caisson sous vide, la chercheuse hongroise fait chauffer, un à un, les gaz supposés présents dans l’atmosphère des exoplanètes. Les molécules s’agitent. Le gaz passe alors dans une petite pièce en graphite, appelée la tuyère. Comme le conduit d’éjection des gaz brûlés d’une fusée, cette structure permet de projeter les molécules à des vitesses supersoniques (plus de 4 500 km/h). La température chute alors à - 260 °C, ce qui bloque la rotation des molécules. Grâce à ce procédé très innovant, le spectre du gaz va devenir lisible.

Avec l’Observatoire de Paris

Les chercheurs utilisent un laser infrarouge, pour simuler la lumière de l’étoile. Il traverse le gaz pour sonder les molécules à la sortie de la tuyère. Cela permet d’enregistrer le spectre. Après avoir étudié le méthane, souvent présent sur ces planètes, Eszter Dudàs renouvelle aujourd’hui l’expérience avec l’éthylène. Ses données sont précieuses pour les physiciens théoriciens des universités de Reims et Dijon, qui améliorent ainsi les modèles d’atmosphère. Les planétologues de l’Observatoire de Paris peuvent alors vérifier si ces modèles coïncident avec les observations. Pour se rapprocher un peu plus des exoplanètes… dont le nombre est estimé à plus de 100 milliards dans notre galaxie.