Découverte en 2009, l'exoplanète G1214b orbite autour de la petite étoile Gliese1214, située à 40 années-lumière seulement de notre système solaire. Avec une masse environ six fois supérieure à celle de la Terre, elle est considérée comme une « mini-Neptune ». Et de l'avis des astronomes, elle est intéressante à plus d'un titre. Elle est en rotation dite synchrone, c'est-à-dire qu'elle fait un tour sur elle-même pendant qu'elle effectue un tour autour de son étoile si bien qu'elle lui présente toujours la même face : « c'est comme la Lune dont on voit toujours la même face depuis la Terre », indique Pierre-Olivier Lagage, astrophysicien au CEA-Irfu et responsable scientifique de Mirim. Cette exoplanète est également « transitante » donc son transit devant l'étoile peut être observé et c'est alors son côté nuit qui fait face.
Pour mieux comprendre la nature de G1214b, il est important de caractériser son atmosphère. En 2012, le télescope Hubble avait permis d'établir la présence d'une couche d'aérosols en haute altitude, ce qui empêche de voir ce qui se passe en-dessous. « L'instrument Miri était donc tout indiqué car, compte tenu de la température attendue de G1214b (de l'ordre de 300°C), l'essentiel de sa lumière émise se situe dans le domaine de l'infrarouge ; lumière infrarouge que peut détecter Miri et qui a la propriété de traverser les nuages », explique-t-il.
280°C côté jour et 164°C côté nuit
En pointant le Jemes Webb pendant 40 heures, les scientifiques du CEA-Irfu et leurs collègues de la Nasa ont pu effectuer une « courbe de phase », la première de Miri. Il s'agit du suivi de l'évolution de l'émission thermique du système exoplanète-étoile en fonction de la position de l'exoplanète sur son orbite. « Comme le temps de révolution de G1214b, très proche de son étoile, est de 37,9 heures, nous avons pu effectuer un suivi complet et déterminer la température de la planète avec une très bonne précision, à 9° près : 280°C côté jour et 164° côté nuit », décrivent Elsa Ducrot et Achrène Dyrek, astrophysiciennes à l'Irfu.
En comparant les observations aux modèles d'atmosphère, les chercheurs ont pu en déduire trois faits significatifs :
- Bien que la planète soit en rotation synchrone, le faible écart de température entre les côtés jour et nuit signifie qu'il y a un bon échange d'énergie entre les faces dû à une atmosphère dense.
- La relativement faible température du côté jour de G1214b au regard de sa proximité avec son étoile indique qu'une grande partie du rayonnement stellaire est réfléchie par la couche d'aérosols en haute atmosphère ; « mais nous n'avons pas encore pu déterminer le type d'aérosol possédant une telle propriété », admet Pierre-Olivier Lagage.
- Enfin, l'atmosphère contient beaucoup d'éléments plus lourds que l'hydrogène et l'hélium, probablement de l'eau en abondance.