« Qu’est-ce que c’est que ce truc ? », telle fut la réaction unanime de l’équipe de Peter Gao (Carnegie Earth and Planets Laboratory) lorsqu’ils reçurent les données de détection de James Webb (JWST). Le télescope à 10 milliards de dollars de la NASA venait de leur envoyer le portrait d’une exoplanète qui, selon nos modèles de formation planétaire actuels, n’aurait même pas dû naître.
Baptisée PSR J2322-2650b, cette planète ne ressemble à aucune autre ; pourtant, nous en avons vu des étrangetés depuis le début de la chasse aux exoplanètes dans les années 1990. Sa première bizarrerie est visuelle : située à seulement 1,6 million de kilomètres de son étoile (contre 150 millions entre la Terre et le Soleil), elle subit une telle pression gravitationnelle que sa structure s’est complètement déformée. Elle arbore une forme ellipsoïdale, la faisant ressembler à un citron géant ou à un ballon de rugby et elle boucle son orbite en à peine huit heures. C’est déjà une première, en soi, puisque jamais nous n’avions détecté une planète avec une morphologie si particulière… mais ce n’est que le début.
Un hôte cannibale : le pulsar « Veuve Noire »
Si PSR J2322-2650b survit dans un environnement aussi extrême, c’est un miracle. Elle ne tourne pas autour d’une étoile paisible, mais autour d’un pulsar « veuve noire ». On peut le définir comme étant le cadavre d’une étoile massive, ultra-dense, qui tourne sur lui-même des centaines de fois par seconde tout en balayant l’espace de jets de radiations gamma d’une puissance inouïe.
Dans ce genre de système binaire, le pulsar est normalement mortel : il bombarde sa voisine de radiations gamma et de rayons X, qui érodent normalement son atmosphère et arrachent ses roches. Pourtant, contre toute attente, notre citron cosmique n’a pas été vaporisé et a même conservé une atmosphère, qui elle-même, est une aberration thermodynamique.
En analysant la lumière filtrée par les gaz de la planète, James Webb n’a détecté aucune trace d’eau (H2O), de méthane (CH4) ou de dioxyde de carbone (CO2), des gaz que l’on retrouve dans quasiment toutes les atmosphères exoplanétaires. À la place, seulement des traces de carbone moléculaire pur (C2 et C3).
C’est là que le bât blesse : dans l’Univers, le carbone est un élément extrêmement « collant ». Dès qu’il y a un atome d’oxygène ou d’hydrogène à proximité, le carbone s’y lie pour former des molécules stables. Pour que James Webb ne détecte que du carbone pur à une température de 2 040 °C (température moyenne diurne de l’atmosphère de PSR J2322-2650b), il faut que l’oxygène et l’hydrogène aient été purgés.
Le problème c’est que ce type de signature atmosphérique ou de réaction chimique n’a encore jamais été observé sur aucune des exoplanètes étudiées jusqu’ici. et en l’état, l’équipe est incapable d’expliquer comment elle a pu se former. « Aucun mécanisme de formation connu ne permet d’expliquer une planète aussi enrichie en carbone », explique Michael Zhang, auteur principal de l’étude à propos de cette planète, qui a été partagée le 15 décembre sur la plateforme arXiv.
PSR J2322-2650b : un cauchemar théorique
Trouver du carbone sans oxygène, c’est comme trouver de la fumée sans feu : c’est une impossibilité thermodynamique dans le cadre de la mort d’une étoile classique. Si PSR J2322-2650b était, comme on le soupçonnait, le résidu d’une étoile dévorée par son pulsar, on devrait détecter une énorme quantité d’oxygène et d’azote. Or, le spectre du James Webb est catégorique : ces éléments ont été soit éliminés par un mécanisme inconnu, soit ils n’ont jamais été présents.
Comme les chercheurs ne peuvent expliquer cette formation par nos modèles de naissance planétaire, les chercheurs explorent donc une piste, plus « exotique » baptisée séparation de phase.
À mesure que le pulsar se refroidit, le mélange de carbone et d’oxygène à l’intérieur de la planète commencerait à cristalliser. Dans cet enfer gravitationnel, les cristaux de carbone pur (plus légers) flotteraient vers le sommet du manteau planétaire avant d’être mélangés à l’hélium de l’atmosphère. C’est ce carbone flottant que James Webb aurait détecté. Sous l’effet de la chaleur extrême et de la pression, ce carbone se condenserait en nuages de suie, provoquant des pluies de diamants microscopiques qui s’enfoncent vers le cœur de la planète.
Cependant, même cette théorie a une faille : elle n’explique toujours pas l’absence d’oxygène. « Il semble que nous devions exclure tous les mécanismes de formation connus », explique Zhang. C’est aussi pour cela que James Webb a été conçu : pour nous montrer que nous ne connaissons pas encore toutes les règles qui régissent notre Univers. La découverte de PSR J2322-2650b en est certainement l’une des démonstrations les plus probantes, puisqu’à elle seule, elle met en échec l’ensemble des modèles de formation planétaire aujourd’hui admis par la communauté astrophysique. Rien qui ne décourage cependant Roger Romani, un autre membre de l’équipe, qui conclut : « C’est aussi ce qui est réjouissant : ne pas tout comprendre. J’ai hâte d’en apprendre davantage sur l’étrangeté de cette atmosphère. Avoir une énigme de ce genre à explorer, c’est exactement ce qui rend la recherche passionnante ».
- Le télescope James Webb a découvert l’exoplanète PSR J2322-2650b, dont l’existence défie les modèles actuels de formation planétaire.
- Cette planète, située près d’un pulsar, présente une atmosphère riche en carbone pur, sans traces d’oxygène ou d’hydrogène, ce qui est sans précédent.
- Les chercheurs explorent des mécanismes de formation exotiques pour expliquer cette anomalie, témoignant de l’incompréhension actuelle sur les processus cosmiques.
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