Le télescope spatial James Webb vient de produire le spectre atmosphérique d’un objet que personne n’avait prévu sous cette forme, une exoplanète de masse jovienne baptisée PSR J2322-2650b, en orbite autour d’un pulsar milliseconde à quelque 2 000 années-lumière de la Terre. L’étude, publiée le 16 décembre dans The Astrophysical Journal Letters, révèle une enveloppe gazeuse dominée par l’hélium et le carbone moléculaire (C₂ et C₃), dépourvue d’eau, de méthane et de dioxyde de carbone. Aucune des cent cinquante atmosphères exoplanétaires étudiées à ce jour ne présente un profil comparable.
PSR J2322-2650b boucle une révolution complète en 7,8 heures à peine un million de miles de son étoile morte, soit cent fois moins que la distance Terre-Soleil. L’attraction gravitationnelle du pulsar, qui concentre la masse du Soleil dans un astre large d’une vingtaine de kilomètres, déforme la planète en un ellipsoïde allongé rappelant un citron. La face diurne, verrouillée en permanence face à l’étoile, atteint 3 700 °F (environ 2 040 °C) tandis que la face nocturne descend à 1 200 °F (650 °C). À ces températures, le carbone se lie normalement à l’oxygène ou à l’azote, qu’il persiste sous forme moléculaire pure suppose l’absence quasi totale de ces deux éléments. « Plutôt que les molécules classiques attendues sur une exoplanète, nous avons vu du carbone moléculaire, en l’occurrence du C₃ et du C₂ », résume Michael Zhang, astrophysicien à l’université de Chicago et responsable de l’étude.
Le pulsar émet principalement des rayons gamma et des particules de haute énergie, un rayonnement auquel les capteurs infrarouges de Webb sont parfaitement aveugles. Cette particularité offre paradoxalement un avantage décisif, puisque la planète apparaît illuminée par son hôte sans que celui-ci ne sature le détecteur. « Nous obtenons un spectre d’une pureté remarquable », confirme Maya Beleznay, doctorante à Stanford, qui a modélisé la géométrie orbitale et la déformation du corps planétaire.
Des nuages de suie carbonée flottent vraisemblablement dans cette atmosphère exotique et, en profondeur, les conditions de pression permettent au carbone de se condenser en cristaux… autrement dit, en diamants. Roger Romani, chercheur à Stanford et au Kavli Institute, avance l’hypothèse que le mélange carbone-oxygène de l’intérieur planétaire cristallise progressivement à mesure que l’objet refroidit, les cristaux de carbone pur remontant alors dans l’enveloppe d’hélium. Reste le problème de l’oxygène et de l’azote disparus. « Il faut bien que quelque chose éloigne l’oxygène et l’azote. Et c’est là que le mystère commence », reconnaît Romani.
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Le système est formellement classé parmi les « veuves noires » (pulsars veuve noire), ces binaires où un pulsar érode et dévore lentement son compagnon par bombardement radiatif. Mais la configuration de PSR J2322-2650b n’entre dans aucun moule connu. La composition en carbone pur ne correspond ni à la formation planétaire classique (qui produirait des silicates et de l’eau), ni au processus habituel de déshabillage stellaire (la nucléosynthèse ne génère pas de carbone isolé en pareilles proportions). « Cela semble écarter tous les mécanismes de formation connus », tranche Zhang.
Parmi les quelque 6 000 exoplanètes répertoriées, PSR J2322-2650b demeure la seule à conjuguer masse, rayon et température d’un Jupiter chaud tout en gravitant autour d’un pulsar. Et si cet objet n’était finalement pas une planète au sens ordinaire, mais le vestige méconnaissable d’une étoile compagne dont le pulsar aurait arraché les couches extérieures ? Les auteurs eux-mêmes n’écartent pas cette hypothèse, sans qu’elle suffise à expliquer la chimie observée. Peter Gao, planétologue au Carnegie Earth and Planets Laboratory, résume la réaction collective de l’équipe après réception des données : « Mais c’est quoi ce truc ? »
La question, pour l’heure, tient lieu de programme de recherche.
