Les données de la mission Cheops de l’ESA dédiée aux exoplanètes ont permis de faire une découverte surprenante : une exoplanète ultra-chaude qui tourne autour de son étoile en moins d’une journée est recouverte de nuages métalliques réfléchissants, ce qui en fait l’exoplanète la plus brillante jamais découverte.

Outre la Lune, l’objet le plus brillant dans notre ciel nocturne est la planète Vénus, dont l’épaisse couche de nuages réfléchit environ 75 % de la lumière du Soleil. À titre de comparaison, la Terre ne réfléchit qu’environ 30 % de la lumière solaire.

Pour la première fois, les astronomes ont trouvé une exoplanète capable d’égaler l’éclat de Vénus : la planète LTT9779 b. De nouvelles mesures détaillées effectuées par la mission Cheops de l’ESA révèlent que cette planète réfléchit 80 % de la lumière que lui envoie son étoile.

Les mesures de haute précision de Cheops portent sur l’observation d’exoplanètes découvertes et caractérisées en 2020 par la mission TESS de la NASA et par des instruments terrestres tels que l’instrument HARPS de l’ESO au Chili.

L’exoplanète en question a une taille comparable à celle de Neptune, ce qui en fait le plus grand “miroir” de l’Univers connu à ce jour. Sa grande réflectivité s’explique par le fait qu’elle est recouverte de nuages métalliques. Ceux-ci sont principalement constitués de silicates – la même matière que le sable et le verre – mélangés à des métaux comme le titane.

“Imaginez un monde en feu, proche de son étoile, avec de lourds nuages de métaux flottant en altitude, faisant pleuvoir des gouttelettes de titane”, explique James Jenkins, astronome à l’université Diego Portales et à la CATA (Santiago du Chili et coauteur de l’article scientifique décrivant cette nouvelle recherche, publié dans la revue Astronomy & Astrophysics.

Un ciel chargé de nuages de métal

La fraction de lumière réfléchie par un objet est appelée “albédo”. La plupart des planètes ont un albédo faible, soit parce qu’elles ont une atmosphère qui absorbe beaucoup de lumière, soit parce que leur surface est sombre ou rugueuse. Les exceptions sont les mondes glacés ou les planètes comme Vénus qui possèdent une couche nuageuse réfléchissante.

L’albédo élevé de LTT9779 b a surpris, car la température de la face de la planète qui fait face à son étoile est estimée à environ 2000 °C. Toute température supérieure à 100 °C est trop élevée pour que des nuages d’eau se forment, mais la température de l’atmosphère de cette planète devrait même être trop élevée pour que des nuages de métal ou de verre se forment.

“C’était une véritable énigme, jusqu’à ce que nous réalisions qu’il fallait considérer cette formation de nuages de la même manière que la condensation qui se forme dans une salle de bain après une douche chaude”, note Vivien Parmentier, chercheur à l’Observatoire de la Côte d’Azur (France) et co-auteur de cette recherche. Vivien Parmentier explique : “Pour chauffer une salle de bains à la vapeur, on peut soit refroidir l’air jusqu’à ce que la vapeur d’eau se condense, soit laisser couler l’eau chaude jusqu’à ce que des nuages se forment parce que l’air est tellement saturé de vapeur qu’il ne peut tout simplement plus en contenir. De même, LTT9779 b peut former des nuages métalliques malgré sa chaleur, car l’atmosphère est sursaturée en silicates et en vapeurs métalliques.”

La planète qui ne devrait pas exister

L’éclat n’est pas le seul élément surprenant de LTT9779 b. Sa taille et sa température en font une “Neptune ultra-chaude”, mais aucune autre planète de cette taille et de cette masse n’a été trouvée en orbite aussi proche de son étoile. Cela signifie qu’elle vit dans ce que l’on appelle le “désert de Neptune chaud”.

La planète a un rayon 4,7 fois plus grand que celui de la Terre, et une année sur LTT9779 b ne dure que 19 heures. Toutes les planètes précédemment découvertes qui tournent autour de leur étoile en moins d’un jour sont soit des “Jupiters chauds” – des géantes gazeuses dont le rayon est au moins dix fois plus grand que celui de la Terre – soit des planètes rocheuses dont le rayon est inférieur à deux fois celui de la Terre.

“C’est une planète qui ne devrait pas exister”, explique Vivien Parmentier. “Nous nous attendons à ce que les planètes de ce type voient leur atmosphère soufflée par leur étoile, laissant derrière elles de la roche nue”.

Le premier auteur, Sergio Hoyer, du Laboratoire d’astrophysique de Marseille (CNRS, Aix-Marseille Université, CNES), commente : “Nous pensons que ces nuages métalliques aident la planète à survivre dans le désert chaud de Neptune. Les nuages réfléchissent la lumière et empêchent la planète de devenir trop chaude et de s’évaporer. Par ailleurs, le fait d’être très métallique rend la planète et son atmosphère plus lourdes et plus difficiles à éjecter”.

Étudier une exoplanète en l’observant quand elle est cachée

Pour déterminer les propriétés de LTT9779 b, la mission Cheops de l’ESA, chargée de caractériser les exoplanètes, a observé le moment où la planète se déplaçait derrière son étoile hôte. Comme la planète réfléchit la lumière, l’étoile et la planète combinées envoient plus de lumière vers le télescope spatial juste avant que la planète ne soit hors de vue que juste après. La différence de lumière visible reçue juste avant et après que la planète soit cachée indique la quantité de lumière réfléchie par la planète.

Ce projet s’est appuyé sur la précision de Cheops et sur sa couverture 24 heures sur 24, 7 jours sur 7. “La mesure précise de l’infime variation du signal de l’étoile éclipsant la planète n’était possible qu’avec Cheops”, explique Sergio Hoyer.

Maximilian Günther, scientifique du projet Cheops à l’ESA, ajoute : “Cheops est la première mission spatiale dédiée au suivi et à la caractérisation d’exoplanètes déjà connues. Contrairement aux grandes missions d’étude axées sur la découverte de nouveaux systèmes d’exoplanètes, Cheops est suffisamment flexible pour se concentrer rapidement sur des cibles intéressantes et peut atteindre une couverture et une précision qu’il est souvent impossible d’obtenir autrement.”

En observant la même exoplanète avec différents instruments, nous obtenons une image complète. “LTT9779 b est une cible idéale pour un suivi grâce aux capacités exceptionnelles des télescopes spatiaux Hubble et James Webb”, note Emily Rickman, scientifique chargée des opérations scientifiques à l’ESA. “Ils nous permettront d’explorer cette exoplanète dans une gamme de longueurs d’onde plus large, y compris dans l’infrarouge et l’UV, afin de mieux comprendre la composition de son atmosphère.”

L’avenir de la recherche sur les exoplanètes est prometteur, car Cheops est la première d’un trio de missions dédiées aux exoplanètes. Il sera rejoint par Plato en 2026, qui se concentrera sur les planètes semblables à la Terre en orbite à une distance de leur étoile susceptible de permettre la vie. Ariel, qui rejoindra la flotte en 2029, se spécialisera dans l’étude des atmosphères des exoplanètes.