On peut bien déduire la composition d'une exoplanète de celle de son soleil !

Aujourd’hui, en avril 2026, plus de 8 220 exoplanètes sont connues de la noosphère dans la Voie lactée, comme on peut s’en convaincre en consultant le célèbre site de l’Encyclopédie des planètes extrasolaires, fondé en 1995, par l’astronome Jean Schneider de l’observatoire de Paris. Pour faire connaissance avec ces planètes et la façon dont on peut les étudier, on pourra consulter, grâce au CEA, plusieurs vidéos formant une websérie.

Nous explorons le monde des exoplanètes depuis plus de 30 ans maintenant, et il est encore loin de nous avoir livré tous ses secrets. Aujourd’hui, c’est l’exoplanète géante WASP-189b qui est sur le devant de la scène via un article publié dans Nature et dont une version en accès libre se trouve sur arXiv.

On le doit à une équipe internationale d’astronomes, dirigée par Jorge Antonio Sanchez, doctorant à l’Université d’État de l’Arizona (ASU), qui a observé WASP-189b grâce au spectrographe infrarouge à réseau d’immersion (IGRINS), un instrument à haute résolution installé sur le télescope Gemini Sud au Chili. Les chercheurs ont alors été capables de détecter et de mesurer les abondances du magnésium et du silicium gazeux dans l’atmosphère de l’exoplanète.

Sean Raymond, astrophysicien au Laboratoire d’astrophysique de Bordeaux, nous parle de la formation du Système solaire selon le scénario standard par accrétion de planétésimaux donnant des embryons planétaires. © Ideas in Science

Un scénario standard pour la formation des cortèges planétaires ?

Il faut savoir que WASP-189b, située à près de 320 années-lumière du Soleil dans la constellation de la Balance, est une exoplanète de type Jupiter ultra-chaude (UHJ), qui possède des températures suffisamment élevées pour vaporiser des éléments constitutifs des roches, comme le magnésium (Mg), le silicium (Si) et le fer (Fe).

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Normalement, selon la théorie standard de la formation du Système solaire, théorie qui est soutenue depuis quelques décennies par les observations de bien des disques protoplanétaires autour de jeunes étoiles, les planètes et le Soleil se sont formés par effondrement gravitationnel d’un nuage de gaz et de poussière en rotation.

Notre Soleil et ses planètes doivent donc provenir d’un réservoir de matière identique et tous ces astres doivent avoir des compositions chimiques similaires pour la majorité des éléments. Les petites planètes doivent cependant, comme c’est le cas de la Terre et Vénus, avoir perdu depuis longtemps une atmosphère composée principalement d’hydrogène et d’hélium, car contrairement aux géantes que sont Jupiter et Saturne, leurs champs de gravitation sont trop faibles pour avoir retenu ces éléments légers. Par contre, il ne doit pas en être de même pour des éléments lourds comme le fer et le magnésium justement.

Les cosmochimistes et les spécialistes de cosmogonie planétaire ont étendu depuis un moment la théorie de la formation du Système solaire aux autres systèmes planétaires dans la Voie lactée. En toute logique là aussi, les étoiles et leurs cortèges planétaires étant co-géniques, on devrait retrouver des similitudes entre la composition des atmosphères des étoiles et celle des exoplanètes. Mais est-ce le cas ?

Une atmosphère planétaire possède une signature spectrale qui représente sa composition chimique, mais également sa composition en nuages et « brouillard ». Grâce à plusieurs techniques, il est possible de déterminer les caractéristiques physico-chimiques de l’atmosphère d’une exoplanète. Parmi ces techniques : le transit spectroscopique, le transit secondaire ou éclipse, l’observation spectroscopique directe de la planète ou encore l’observation de la planète à différentes phases autour de l’étoile, afin de mesurer des variations temporelles et saisonnières. © CEA Recherche

Une clé pour l’exobiologie

La détermination de la composition d’étoiles proches du Soleil par spectroscopie est possible depuis longtemps, mais pour ce qui concerne les atmosphères d’exoplanètes, c’est une autre histoire…

Toujours est-il que Jorge Antonio Sanchez et ses collègues sont bien parvenus à faire la première mesure simultanée des teneurs en magnésium et en silicium de l’atmosphère de WASP-189b et surtout à montrer pour la première fois qu’une exoplanète avait bien le même rapport magnésium/silicium que son étoile hôte.

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C’est un argument de poids pour soutenir l’universalité du mécanisme de formation planétaire dans la Voie lactée au moins.

« WASP-189b nous apporte un point d’ancrage observationnel essentiel à notre compréhension de la formation des planètes telluriques, car elle fournit une grandeur mesurable qui valide la ressemblance présumée entre la composition stellaire et la proportion de matière rocheuse autour des étoiles hôtes utilisée pour former les planètes », explique Jorge Antonio Sanchez dans un communiqué du NOIRLab, un centre de recherche pour l’astronomie nocturne optique et infrarouge, basée au sol aux États-Unis.

« Notre étude démontre la capacité des spectrographes terrestres à haute résolution à caractériser des espèces essentielles comme le magnésium et le silicium, deux éléments constitutifs des planètes rocheuses. Cette avancée ouvre une perspective entièrement nouvelle dans l’étude des atmosphères des exoplanètes », ajoute Michael Line, professeur associé à l’ASU et co-auteur de l’étude.

Des astronomes ont découvert que la planète géante WASP-189b présente une composition similaire à celle de son étoile hôte, apportant ainsi la première preuve directe d’un concept fondamental en astrobiologie. Cette découverte a été rendue possible grâce à la toute première mesure simultanée du magnésium et du silicium gazeux dans l’atmosphère d’une planète. © Images et vidéos : Observatoire international Gemini, NOIRLab, NSF, AURA, DSS, N. Bartmann, E. Slawik, D. de Martin, M. Zamani, J. Pollard, ESA-Hubble (M. Kornmesser et L. L. Christensen), Nasa-JPL-Caltech, Centre de vol spatial Goddard de la Nasa. Graphismes animés : Mik Garrison. Musique : Cryodisco – Mik Garrison

Il n’y avait guère de doute que les observations concernant WASP-189b allaient confirmer le modèle général de la formation planétaire, mais les résultats obtenus ont une signification beaucoup plus intéressante.

En effet, ils tendent à confirmer que nous pouvons porter des contraintes sur la composition chimique d’une exoplanète en la composition de son étoile hôte. Or, en déduisant de cette composition les abondances des éléments constitutifs des roches dans ses exoplanètes, on peut en déduire des informations sur l’habitabilité des exoplanètes.

Le communiqué du NOIRLab explique d’ailleurs à cet égard que « les éléments constitutifs des roches terrestres sont en partie responsables de notre champ magnétique protecteur, de la tectonique des plaques et de la libération de substances chimiques essentielles à la vie dans notre atmosphère, nos océans et nos sols ».