Ma thèse en 400 mots : Taylor Bell

Taylor Bell, étudiant à l’iREx à l’Université McGill, a soumis sa thèse au printemps 2021. Il résume ici le projet de recherche qu’il a mené dans le cadre de son doctorat.

Il y a trente-trois ans, une équipe d’astronomes canadiens découvrait la première candidate au titre d’exoplanète. Bien que l’existence de cette exoplanète n’ait été confirmée qu’en 2003, elle n’était pas sans rappeler notre propre Système solaire; une planète de la masse de Jupiter sur une orbite semblable à celle de Jupiter autour d’une étoile légèrement plus froide que le Soleil. Toutefois, le sentiment de confort que pouvait procurer la familiarité de cette première candidate a été rapidement anéanti par les deux premières exoplanètes confirmées, de masse terrestre, en orbite autour d’un cadavre stellaire. Dès lors, l’étude des exoplanètes nous a amené bien des surprises.

L’une des premières surprises a été la détection d’une exoplanète de la masse de Jupiter très proche de son étoile. Cette exoplanète est l’archétype d’une nouvelle classe d’exoplanètes appelées Jupiters chaudes. Les Jupiters chaudes font partie des exoplanètes les plus facilement détectables et font à l’heure actuelle l’objet de la plupart des efforts de caractérisation des atmosphères d’exoplanètes. Ces dernières années, nous avons appris que les Jupiters chaudes ayant des température de plus de 2500°C sont qualitativement différentes de leurs cousines plus froides. Dans le cadre de ma recherche, j’ai tenté de mieux comprendre cette nouvelle classe d’exoplanètes appelées « Jupiters ultra-chaudes » grâce à des observations au télescope et à de la modélisation théorique.

Artist's concept of the exoplanet WASP-12b.

Cette représentation artistique montre la Jupiter ultra-chaude WASP-12b, si proche de son étoile qu’elle est cannibalisée par cette dernière. Crédit image : NASA, ESA, et G. Bacon (STScI).

Dans l’atmosphère des Jupiters ultra-chaudes, la plupart des molécules – y compris le constituant dominant, l’hydrogène moléculaire (H2) – sont décomposées en atomes individuels du côté jour de la planète, puis se recombinent du côté nuit de la planète. La face diurne d’une Jupiter ultra-chaude ressemble à une étoile, tandis que la face nocturne, beaucoup plus froide, ressemble à une planète. La destruction et la formation de H2 est un processus hautement énergétique. Les modèles théoriques que j’ai développé montrent que ce processus créé un effet similaire à la chaleur latente des molécules d’eau dans l’atmosphère terrestre ; les deux processus réduisent la différence de température entre les parties les plus froides et les plus chaudes d’une planète.

À l’aide des données des télescopes spatiaux Hubble et Spitzer, j’ai montré que la Jupiter ultra-chaude WASP-12b était aussi noire que du charbon et qu’elle perdait rapidement son atmosphère. Ces résultats peuvent être expliqués par la destruction des molécules sur les côtés jours des Jupiters ultra-chaudes, ce qui rend leur atmosphère faiblement réfléchissante et gonflée, rendant les planètes plus enclines à perdre leur atmosphère. Enfin, le dernier projet de ma thèse avait pour objectif d’analyser les observations Spitzer pour sept Jupiters chaudes et neuf Jupiters ultra-chaudes. Ces observations ont fourni des preuves solides qui appuient mes prédictions concernant les effets de la chaleur latente de H2 sur les Jupiters ultra-chaudes.

 

Plus d’information

Taylor a fait son doctorat à l’Université McGill entre 2017 et 2021, sous la supervision de Nicolas Cowan de l’Université McGill et de Pierre Bastien de l’Université de Montréal. Sa thèse sera disponible sous peu.