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Aug 31, 2023

Une molécule « thermomètre » confirmée sur l'exoplanète WASP

L'hydrure de chrome (CrH), une molécule relativement rare et particulièrement sensible à la température, est utile comme « thermomètre pour les étoiles », selon l'astronome Laura Flagg, car elle est abondante.

L'hydrure de chrome (CrH), une molécule relativement rare et particulièrement sensible à la température, est utile comme « thermomètre pour les étoiles », selon l'astronome Laura Flagg, car elle n'est abondante que dans une plage étroite comprise entre 1 200 et 2 000 degrés Kelvin.

Flagg, chercheur associé en astronomie au Collège des Arts et des Sciences (A&S), a utilisé cet hydrure métallique ainsi que d'autres pour déterminer la température des étoiles froides et des naines brunes. En théorie, a-t-elle déclaré, l’hydrure de chrome pourrait faire la même chose pour les exoplanètes chaudes de Jupiter, dont la température est comparable à celle des naines brunes – si ces molécules particulières sont présentes dans l’atmosphère des exoplanètes. Des recherches antérieures, à basse résolution, laissaient entendre que c'était le cas.

Maintenant, Flagg et une équipe de chercheurs dirigée par Cornell ont confirmé, à l'aide d'observations spectrales à haute résolution, la présence d'hydrure de chrome dans l'atmosphère d'une exoplanète du chaud Jupiter WASP-31b, ouvrant la porte à l'utilisation de cette espèce moléculaire sensible à la température comme un « thermomètre » pour déterminer la température et d’autres caractéristiques des exoplanètes.

Flagg est l'auteur principal de « Détection ExoGemS d'un hydrure métallique dans une atmosphère d'exoplanète à haute résolution spectrale », publié le 16 août dans ApJ Letters. Les co-auteurs incluent : Ray Jayawardhana, professeur Hans A. Bethe et professeur d'astronomie (A&S) ; Jake D. Turner, chercheur Hubble au Cornell Center for Astrophysics & Planetary Science ; Ryan J. MacDonald, auparavant associé de recherche au Carl Sagan Institute et maintenant NASA Sagan Fellow à l'Université du Michigan ; et Adam Langeveld, chercheur postdoctoral en astronomie (A&S).

L'hydrure de chrome n'a fait l'objet d'aucune détection confirmée dans aucune exoplanète, et il s'agit de la première détection d'un hydrure métallique à partir d'un spectre d'exoplanète à haute résolution, ont écrit les chercheurs.

La détection définitive d'hydrures métalliques dans WASP-31b constitue une avancée importante dans la compréhension de l'atmosphère des planètes géantes chaudes, a déclaré Flagg, bien que la découverte ne donne pas de nouvelles informations sur chaque planète. Découvert en 2011, WASP-31b orbite autour d'une étoile F5 une fois tous les 3,4 jours. Sa densité est extrêmement faible, même pour une planète géante, et la nouvelle étude confirme sa température d'équilibre à 1 400 Kelvin – dans la plage de l'hydrure de chrome.

"Les molécules d'hydrure de chrome sont très sensibles à la température", a déclaré Flagg. « À des températures plus chaudes, vous ne voyez que du chrome. Et à des températures plus basses, cela se transforme en autre chose. Il n’existe donc qu’une plage de températures spécifique, environ 1 200 à 2 200 Kelvin, où l’hydrure de chrome est observé en grande abondance.

Dans notre système solaire, la seule occurrence détectée de cette molécule se trouve dans les taches solaires, a déclaré Flagg : le soleil est trop chaud (environ 6 000 K à la surface) et tous les autres objets sont trop froids.

Dans ses recherches, Flagg utilise la spectroscopie à haute résolution pour détecter et analyser les atmosphères des exoplanètes, en comparant la lumière globale du système lorsque la planète est à côté de l'étoile avec celle lorsque la planète est devant l'étoile, bloquant ainsi une partie de la lumière de l'étoile. lumière. Certains éléments bloquent plus de lumière à certaines longueurs d’onde et moins de lumière à d’autres longueurs d’onde, révélant ainsi les éléments présents sur la planète.

"Une résolution spectrale élevée signifie que nous disposons d'informations de longueur d'onde très précises", a déclaré Flagg. « Nous pouvons obtenir des milliers de lignes différentes. Nous les combinons à l’aide de diverses méthodes statistiques, en utilisant un modèle – une idée approximative de ce à quoi ressemble le spectre – et nous le comparons aux données et nous les faisons correspondre. Si cela correspond bien, il y a un signal. Nous essayons tous les différents modèles et, dans ce cas, le modèle à hydrure de chrome a produit un signal.

Le chrome est rare, même à la bonne température, les chercheurs ont donc besoin d'instruments et de télescopes sensibles, a déclaré Flagg.

Pour analyser WASP-31b, les chercheurs ont utilisé les spectres haute résolution d'une nouvelle observation en mars 2022 dans le cadre de l'enquête Exoplanètes avec spectroscopie Gemini de Maunakea à Hawaï, en utilisant l'accès à distance Gemini au spectrographe CFHT ESPaDOnS (GRACES). Ils ont complété les données GRACES avec des données d'archives prises en 2017, qui n'étaient pas destinées à rechercher des hydrures métalliques.