​Le système planétaire de Trappist-1 (voir encadré) est un laboratoire idéal pour l'étude des exoplanètes.

• Il compte sept planètes rocheuses, de dimension voisine de celle de la Terre, dont trois sont susceptibles d'abriter la vie.
• La petite taille de l'étoile naine Trappist-1 et sa basse température favorisent l'observation du passage de ses planètes devant ou derrière elle (transits).

En particulier, l'observation des transits secondaires (passages de la planète derrière l'étoile) permet de mesurer l'émission thermique de la planète côté jour et d'en déduire sa température de brillance. La planète la plus proche de l'étoile, Trappist-1b, est, de ce point de vue, la plus intéressante car elle reçoit plus de rayonnement stellaire que les autres et émet également davantage qu'elles (dans l'infrarouge moyen).

Une température de brillance à comprendre

C'est pourquoi une collaboration associant le CEA-Irfu et la NASA notamment a mesuré – grâce à l'imageur Mirim du télescope spatial James Webb, développé par l'Irfu – l'émission thermique de Trappist-1b, à 15 µm en 2023, puis à 12,8 µm en 2024.

En 2023, les chercheurs avaient ainsi déterminé la température de la face éclairée de Trappist-1b à 15 µm : 230°C +/- 26°C. En comparant ce résultat avec leurs modèles de planètes, ils avaient conclu que l'atmosphère de Trappist-1b était très probablement dépourvue de CO₂ et estimé que l'émission de la planète était proche de celle d'un corps noir et donc, que sa surface était sans doute sombre (Lire l'actualité de la DRF « L'exoplanète Trappist-1b n'a pas d'atmosphère »).

Quand une nouvelle mesure balaie une hypothèse

Or en 2024, la mesure de l'émission thermique de Trappist-1b à 12,8 µm conduit à une température de brillance de la face éclairée bien plus basse que l'hypothèse proposée en 2023 ne le laissait envisager : 150°C au lieu de 227°C attendus ! Ce résultat inattendu a donc incité les astrophysiciens à réviser leur copie et à proposer deux scénarios alternatifs.

• Selon le premier scénario dit « surface nue ultramafique », Trappist-1b serait dépourvu d'atmosphère et sa surface serait composée de roches volcaniques, riches en minéraux (ultramafiques) qui émettent moins de lumière à 12,8 µm qu'une surface sombre classique. À noter que ce scénario pourrait suggérer l'existence de volcanisme sur Trappist-1b. En effet, sans renouvellement périodique, les roches seraient rapidement altérées et noircies par l'activité de l'étoile.
• Selon le 2^e scénario, dit « atmosphère riche en brumes de CO₂ », Trappist-1b possèderait une atmosphère riche en CO₂ et composée d'épaisses brumes produites indirectement par du volcanisme ou le rayonnement stellaire. En absorbant le rayonnement de l'étoile, ces brumes réchaufferaient préférentiellement les couches supérieures de l'atmosphère. Cette inversion thermique où la température augmente avec l'altitude – similaire à celle observée dans la stratosphère terrestre sous l'effet de l'ozone et non pas du CO₂ – expliquerait alors une émission plus élevée à 15 µm qu'à 12,8 µm.

Atmosphère ou pas ?

« Alors que nous pensions en 2023 que le sujet Trappist-1b était clos, la nouvelle mesure à 12,8 µm a stimulé notre imagination, souligne Elsa Ducrot, chercheuse à l'Irfu. Elle nous a conduits à proposer un scénario atmosphérique avec des brumes inédites, en accord avec les données. Bien qu'il semble moins probable que le scénario ultramafique, il est très intéressant que la communauté scientifique puisse le prendre en compte dans l'interprétation des futures observations d'exoplanètes rocheuses. »

Pour lever l'ambiguïté, les chercheurs ont lancé une nouvelle campagne avec le télescope Webb visant à mesurer le flux émis par Trappist-1b le long de son orbite autour de l'étoile, ce qui leur permettra d'observer comment la chaleur est distribuée entre le côté nuit et le côté jour de la planète.  Cette approche coûteuse en temps d'observation apparaît cependant essentielle pour trancher la question de l'existence d'une atmosphère autour de Trappist-1b.