TRAPPIST-1 b et c n’ont plus d’atmosphère : Webb le prouve à 400°C

Les deux planètes les plus proches de l’étoile TRAPPIST-1 viennent de perdre leur statut de candidates à l’habitabilité. Le télescope spatial James Webb a produit les premières cartes climatiques complètes de planètes rocheuses situées hors du Système solaire — et elles montrent deux mondes d’une hostilité absolue : une face diurne qui dépasse deux cents degrés Celsius, une face nocturne qui s’enfonce sous moins deux cents, sans rien entre les deux pour atténuer la différence. Après dix ans de spéculation, TRAPPIST-1 b et TRAPPIST-1 c sont confirmées comme des roches nues, sans air, sans eau, sans avenir biologique connu.

Le système TRAPPIST-1 occupait depuis 2017 une place particulière dans l’imaginaire scientifique. Cette naine rouge située à 39 années-lumière dans la constellation du Verseau héberge sept planètes de taille terrestre, dont trois orbitent à l’intérieur de la zone habitable — la région autour d’une étoile où les températures permettraient théoriquement la présence d’eau liquide en surface. Le fait qu’un tel alignement de conditions existe si près de la Terre, autour d’une étoile si commune dans la Galaxie — les naines rouges représentent plus de trois quarts des étoiles de la Voie lactée — avait transformé TRAPPIST-1 en terrain d’expérimentation privilégié pour la question la plus ancienne de l’astronomie. Les nouvelles données de Webb referment partiellement cette fenêtre.

L’équipe dirigée par l’astronome Emeline Bolmont, de l’Université de Genève, a utilisé l’instrument MIRI de Webb pour enregistrer ce que les astrophysiciens appellent des courbes de phase thermique : en suivant l’évolution de la luminosité infrarouge du système sur plusieurs orbites complètes, les chercheurs ont pu reconstituer le profil de température de chaque planète, aussi bien sur sa face exposée à l’étoile que sur sa face dans l’ombre permanente. Il s’agit là d’une première mondiale — aucun télescope n’avait jusqu’ici été capable de cartographier intégralement le cycle thermique d’une planète rocheuse de taille comparable à la Terre dans un autre système stellaire.

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Le mécanisme physique qui rend le résultat aussi tranchant est le verrouillage gravitationnel. Parce que TRAPPIST-1 est beaucoup plus petite et froide que le Soleil, ses planètes intérieures orbitent à une distance infime, soumises à des forces de marée qui ont synchronisé leur rotation avec leur période orbitale. TRAPPIST-1 b, par exemple, boucle une révolution complète en à peine une journée et demie terrestre. À cette proximité, la planète présente en permanence la même face à son étoile — comme la Lune face à la Terre. Sur un monde pourvu d’une atmosphère dense, des vents vigoureux transporteraient la chaleur du côté diurne vers le côté nocturne, réduisant mécaniquement l’écart de température. L’écart de quatre cents degrés mesuré par Webb rend toute redistribution thermique impossible : il n’y a rien pour déplacer la chaleur, parce qu’il n’y a plus d’air.

Force est de constater que cette conclusion s’inscrit dans un cadre plus large sur la relation entre naines rouges et habitabilité planétaire. Ces étoiles sont caractérisées par une activité intense : elles émettent des flux de rayonnement ultraviolet et des éjections de particules énergétiques bien supérieurs à ce que le Soleil produit. Si les planètes intérieures de TRAPPIST-1 ont possédé des atmosphères lors de leur formation, elles ont vraisemblablement été érodées par cet environnement agressif au cours des premiers centaines de millions d’années. La question n’est plus de savoir si l’atmosphère est présente aujourd’hui, mais à quel moment elle a disparu.

Il convient néanmoins de ne pas généraliser trop vite. Bolmont et ses collègues soulignent eux-mêmes que leurs modèles théoriques suggèrent une situation différente pour les planètes extérieures du système. L’analogie qu’ils proposent est parlante : Mercure, le plus proche du Soleil, n’a pas d’atmosphère ; Vénus et la Terre, plus éloignées, en ont conservé une. La proximité à l’étoile n’est pas l’unique facteur déterminant — la masse de la planète, sa composition initiale, et son histoire géologique jouent également un rôle. Le sort de TRAPPIST-1 b et c ne préjuge en rien de celui de TRAPPIST-1 e, f ou g, les trois planètes qui orbitent dans la zone habitable. Les courbes de phase thermique constituent en outre un outil indirect : elles confirment l’absence d’atmosphère épaisse, mais ne permettent pas d’exclure une atmosphère très ténue, ni de caractériser la surface elle-même avec précision.

Les résultats ont été publiés dans la revue Nature Astronomy. Les observations de TRAPPIST-1 e — la planète positionnée au centre de la zone habitable — sont actuellement en cours dans le cadre du programme DREAMS de l’Institut de science du télescope spatial. Quinze trànsits supplémentaires ont été planifiés. Si une atmosphère y existe, Webb aura les moyens de la détecter dans les mois à venir. C’est désormais sur ces mondes plus lointains que se concentre l’attention de la communauté scientifique — non pas parce que l’espoir a disparu, mais parce qu’il s’est, pour la première fois, précisément localisé.

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