Découverte en 2011, WASP-43 b est une exoplanète de type « Jupiter chaud » dont la particularité est de présenter toujours la même face à son étoile, en raison de sa proximité équivalente à moins de 1/25e de celle de Mercure avec le Soleil. Avec une orbite aussi serrée, la planète a donc un côté en permanence illuminé et l'autre obscur. Toutefois, même si le côté nuit ne reçoit jamais de radiation directe de l'étoile, des vents atmosphériques lui transportent la chaleur du côté jour. Cette observation avait pu être avancée par différentes missions spatiales, dont Hubble et Spitzer, sans qu'aucune ne parviennent à cartographier précisément la température, la couverture nuageuse, les vents ni la composition de l'atmosphère de Wasp-43b. C'est aujourd'hui chose faite grâce au James Webb et son instrument Miri co-développé par le CEA-Irfu.
Déduire la météo de Wasp-43b grâce à la mesure de ses températures
Pour cartographier la température de surface, les chercheurs ont utilisé la technique de « spectroscopie en courte phase », très adaptée à la courte période orbitale de l'exoplanète de 19,5 heures. « La température d'un astre étant étroitement liée à la quantité de lumière qu'il émet, principalement dans l'infrarouge moyen, il s'agit de calculer la différence entre la luminosité de l'étoile seule - lorsque la planète est cachée derrière elle - et celle combinée de l'étoile et de la planète - lorsque la planète est visible », explique Elise Ducrot, astrophysicienne au CEA-Irfu.
Quelque 8000 mesures ont été effectuées par le James Webb toutes les 10 secondes pendant 24h, une durée supérieure à celle de l'orbite complète de l'exoplanète. Et son instrument Miri, opérant dans l'infrarouge moyen, s'est avéré très performant car son extrême sensibilité a permis de détecter des différences de luminosité de l'ordre de quelques parties par million, soit 40 parties par million (0,004 %) dans le cas de WASP-43 !
Résultats : le côté jour présente une température moyenne de près de 1 250°C tandis que celle du côté nuit affiche 600°C.
Absence de méthane et vents à 8000 km/h
Pour interpréter la cartographie, l'équipe a également utilisé des modèles atmosphériques 3D complexes qui ont montré que le côté nuit était probablement recouvert d'une épaisse couche nuageuse à haute altitude qui empêche une partie de la lumière infrarouge de s'échapper dans l'espace. Ces hypothèses ont pu être consolidées par la quantification de certaines molécules dans l'atmosphère de l'exoplanète. L'analyse spectrale montre en effet des signes clairs de vapeur d'eau tant du côté nuit que du côté jour de la planète, ce qui fournit des informations supplémentaires sur l'épaisseur des nuages et leur altitude dans l'atmosphère.
Cependant, les spectres indiquent une absence de méthane dans l'atmosphère. Si cela semble logique pour le côté jour où il fait trop chaud pour que la molécule puisse exister, le méthane devrait être détecté du côté nuit, plus frais. « Une explication serait que les vents atteignant environ 8000 km/h, leur vitesse serait trop rapide pour que les réactions chimiques attendues du côté nuit puissent avoir lieu », expose Pierre Olivier Lagage, astrophysicien à l'Irfu et directeur scientifique de Miri pour la France. Cette uniformité de la chimie atmosphérique de la planète induite par les vents n'avait jamais été mise en avant précédemment.