En utilisant l'instrument infrarouge moyen (MIRI) du télescope spatial James Webb (JWST), une équipe internationale dirigée par l'ancien doctorant du MPIA Sebastian Zieba (aujourd'hui à Harvard & Smithsonian) et la directrice du MPIA Laura Kreidberg a examiné la composition de surface de l'exoplanète rocheuse LHS 3844 b. Allant au-delà des études atmosphériques habituelles, ce travail explore la géologie des planètes orbitant d'autres étoiles – parce que notre système solaire n'a pas le monopole du fun. Les résultats paraissent dans Nature Astronomy.

LHS 3844 b est un monde rocheux environ 30% plus grand que la Terre qui tourne autour d'une naine rouge froide en moins de 11 heures. Elle orbite extrêmement près de son étoile – à seulement trois diamètres stellaires au-dessus de la surface – et est verrouillée par les marées, ce qui signifie qu'un côté fait face en permanence à l'étoile tandis que l'autre croupit dans l'obscurité éternelle. Le côté jour atteint en moyenne 1000 Kelvin (environ 725°C ou 1340°F). Le système est relativement proche, à 48,5 années-lumière (14,9 parsecs).

« Grâce à l'incroyable sensibilité de JWST, nous pouvons détecter la lumière provenant directement de la surface de cette lointaine planète rocheuse », a déclaré Kreidberg. « Nous voyons un rocher sombre, chaud et stérile, dépourvu de toute atmosphère. » Donc, pas vraiment un lieu de villégiature.

Son apparence sombre suggère qu'elle pourrait ressembler à une Lune ou à Mercure en version XXL. Cette conclusion vient de l'analyse du rayonnement infrarouge émis par le côté chaud de la planète. Les scientifiques ne peuvent pas imager directement la planète ; ils mesurent plutôt les subtils changements de luminosité de la lumière combinée de l'étoile et de la planète lorsqu'elle orbite.

MIRI a examiné l'émission infrarouge entre 5 et 12 micromètres, divisant la lumière en intervalles de longueur d'onde plus petits pour créer un spectre – essentiellement un arc-en-ciel qui révèle comment la lumière est distribuée. Des données antérieures du télescope spatial Spitzer ont renforcé l'analyse.

L'équipe a comparé ses observations avec des modèles informatiques et des bibliothèques de roches connues de la Terre, de la Lune et de Mars. Ces comparaisons ont montré que LHS 3844 b manque d'une croûte comme celle de la Terre – généralement riche en minéraux silicatés comme le granite. Ce n'est pas surprenant, car la Terre est unique dans le système solaire pour avoir une telle croûte. Sur Terre, les croûtes riches en silicates se forment par une activité tectonique à long terme et la présence d'eau, impliquant une fusion et un recyclage répétés de la roche.

« Puisque LHS 3844 b manque d'une telle croûte silicatée, on peut conclure que la tectonique des plaques à la terrestre ne s'applique pas à cette planète, ou qu'elle est inefficace », a déclaré Zieba. « Cette planète ne contient probablement que peu d'eau. »

Au lieu de granite, les données pointent vers une surface faite de basalte ou de roche mantellique, similaire au matériau volcanique trouvé sur Terre ou sur la Lune. Les chercheurs ont trouvé que de grandes zones de basalte solide ou de roche magmatique correspondent le mieux aux données. Ces roches sont riches en magnésium et en fer et peuvent contenir de l'olivine. Des fragments de roche brisée comme du gravier correspondent également assez bien, tandis que les poudres fines ou la poussière seules ne correspondent pas – elles seraient trop brillantes.

Sans atmosphère pour la protéger, la planète est constamment exposée à un rayonnement intense et à des impacts de météorites. Ces processus décomposent la roche et altèrent sa surface.

« Il s'avère que ces processus ne se contentent pas de dissoudre lentement les roches dures en régolithe, une couche de grains fins ou de poudre comme on en trouve sur la Lune », a expliqué Zieba. « Ils assombrissent également la couche en ajoutant du fer et du carbone, rendant les propriétés du régolithe plus cohérentes avec les observations. »

Les données soutiennent deux scénarios possibles. Premier : un paysage dominé par de la roche basaltique solide relativement fraîche, suggérant une activité géologique récente comme un volcanisme généralisé. Deuxième : une surface sombre façonnée par une altération spatiale à long terme, créant d'épaisses couches de régolithe assombri similaire à la Lune ou à Mercure – impliquant que la planète est géologiquement inactive depuis longtemps.

Ces possibilités diffèrent principalement par le fait que la planète soit encore active ou non. Sur Terre, les processus volcaniques libèrent des gaz comme le dioxyde de soufre (SO2). Si LHS 3844 b était actuellement active, MIRI aurait probablement détecté ce gaz. Aucun signal de ce type n'a été trouvé.