Une planète rocheuse en zone habitable aurait une atmosphère : un verrou vient de sauter

À près de 49 années-lumière de la Terre, dans la constellation de la Baleine, la super-Terre LHS 1140 b intrigue les astronomes depuis sa découverte en 2017. Cette planète rocheuse, environ 5,6 fois plus massive que notre Terre, orbite en seulement 24,7 jours autour d’une naine rouge. Malgré sa proximité avec son étoile, elle ne reçoit que 42 % du rayonnement que la Terre reçoit du Soleil, une quantité d’énergie qui pourrait permettre la présence d’eau liquide, à condition que la planète possède une atmosphère suffisamment épaisse pour retenir la chaleur.

Une planète peut se trouver dans la zone habitable de son étoile sans être habitable pour autant : sans atmosphère, il est impossible de maintenir durablement de l’eau liquide à la surface, de protéger la planète des rayonnements de son étoile, ou de réguler son climat. Déterminer si ces mondes rocheux ont conservé une enveloppe gazeuse est donc une étape cruciale avant d’espérer y rechercher de la vapeur d’eau ou des biosignatures.

Jusqu’à présent, cette quête s’est révélée frustrante. Les atmosphères des géantes gazeuses sont relativement faciles à détecter, tandis que celles des petites planètes rocheuses produisent des signaux extrêmement faibles. Les observations récentes, notamment avec le télescope spatial James-Webb, ont souvent abouti à des planètes apparemment dépourvues d’atmosphère, laissant planer le doute sur leur capacité à conserver durablement leurs gaz.

Pour contourner cette difficulté, une équipe de chercheurs a changé d’approche, publiant leur étude dans la revue Science. Au lieu de rechercher directement de la vapeur d’eau ou du dioxyde de carbone, ils se sont intéressés à l’hélium présent en altitude. Ce gaz, extrêmement léger, a tendance à migrer vers les couches supérieures de l’atmosphère, où il peut être chauffé par les rayonnements émis par la naine rouge, atteignant parfois une vitesse suffisante pour s’échapper dans l’espace.

Lorsque LHS 1140 b passe devant son étoile, une infime partie de la lumière traverse son atmosphère avant d’atteindre les télescopes. À l’aide du spectrographe Winered installé sur le télescope Magellan Clay, au Chili, les chercheurs ont analysé cette lumière à la recherche d’une signature particulière : celle de l’hélium s’échappant de la planète sous l’effet des rayons X et du rayonnement ultraviolet émis par son étoile. Des observations réalisées en 2024 ont montré cette fuite d’hélium, apportant la preuve la plus convaincante de la présence d’une atmosphère autour d’une planète rocheuse située dans la zone habitable.

Cependant, des observations répétées en 2025 ont révélé que le signal avait disparu. Selon les chercheurs, cette fuite atmosphérique varierait avec l’activité de la naine rouge, offrant une occasion rare d’observer les changements d’une atmosphère exoplanétaire à l’échelle de quelques mois.

Cette découverte pourrait marquer un tournant dans l’étude des planètes rocheuses. En combinant les observations à des modèles d’évolution atmosphérique, les chercheurs suggèrent que LHS 1140 b possède une atmosphère stratifiée : une haute atmosphère dominée par l’hélium, tandis que des molécules plus lourdes, comme la vapeur d’eau, resteraient confinées dans les couches inférieures. Bien qu’aucune eau n’ait encore été détectée, l’existence d’une atmosphère rend cette recherche beaucoup plus crédible.

Les astronomes ont également étudié une seconde planète du système, LHS 1140 c, qui ne montre aucun signe d’atmosphère. Cette différence pourrait illustrer l’existence d’une frontière théorique séparant les planètes capables de conserver leur enveloppe gazeuse pendant des milliards d’années de celles qui la perdent progressivement sous l’effet du rayonnement stellaire.

Cette étude démontre surtout qu’il est possible de détecter l’atmosphère de mondes rocheux autrement qu’en recherchant directement leurs principaux constituants. Cette stratégie pourrait désormais être appliquée à d’autres exoplanètes de la zone habitable observées par le télescope spatial James-Webb, ainsi que par de futurs grands observatoires.

Source : Futura Sciences.