De l’eau semi-lourde détectée sur WASP-39b : un nouvel indice pour rechercher des mondes habitables

L’empreinte détectée correspond à l’HDO, une molécule d’eau dans laquelle l’un des deux atomes d’hydrogène est remplacé par du deutérium. Cet isotope de l’hydrogène possède un neutron supplémentaire dans son noyau, ce qui le rend légèrement plus lourd que l’hydrogène ordinaire.

Le signal présente une significativité statistique de 4,81 sigma, un niveau qui soutient fortement la mise en évidence de cette molécule .

Un rapport deutérium/hydrogène particulièrement élevé

La détection de l’HDO a permis d’estimer le rapport entre le deutérium et l’hydrogène, ou rapport D/H, dans l’eau de WASP-39b. La valeur obtenue est de 4,0 +1,3 −1,1 × 10⁻³ .

Ce rapport est nettement plus élevé que ceux mesurés pour Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune. Il se situe toutefois dans une plage qui recoupe les valeurs relevées dans certains environnements protostellaires — les régions où naissent les étoiles — ainsi que dans des objets du Système solaire interne .

Ce résultat ne permet pas, à lui seul, de déterminer l’origine exacte de l’eau de WASP-39b. Il indique cependant que son histoire chimique est différente de celle des grandes planètes gazeuses de notre voisinage.

Deux scénarios pour expliquer cet enrichissement en deutérium

Les chercheurs avancent deux explications principales .

1. Une formation dans les régions froides du système planétaire

WASP-39b pourrait s’être formée loin de son étoile, au-delà de la ligne des glaces : une zone suffisamment froide du disque protoplanétaire pour que l’eau se condense sous forme de glace.

Dans cet environnement, des glaces relativement riches en deutérium auraient pu s’intégrer aux matériaux qui ont contribué à former la planète. WASP-39b aurait ensuite migré vers son orbite actuelle, très proche de son étoile, tout en conservant une partie de cette signature isotopique primitive .

2. Une transformation progressive de l’atmosphère

L’enrichissement pourrait aussi s’être produit après la formation de la planète. Dans la haute atmosphère, les réactions photochimiques provoquées par le rayonnement de l’étoile, le brassage vertical et la fuite préférentielle de l’hydrogène le plus léger auraient pu augmenter progressivement la proportion de deutérium dans les couches observées aujourd’hui .

Autrement dit, le rapport D/H pourrait renseigner à la fois sur le lieu de naissance d’une planète et sur l’évolution de son atmosphère au fil du temps.

Pourquoi cette découverte compte pour la recherche de mondes habitables

WASP-39b est une planète gazeuse extrêmement chaude : elle est inhabitable selon les critères connus. La présence d’HDO ne constitue pas non plus un indice de vie. L’intérêt de cette observation est méthodologique : elle montre que le JWST peut mesurer une signature isotopique particulièrement fine dans l’atmosphère d’une exoplanète .

Le rapport D/H est un véritable marqueur de l’histoire de l’eau. Sur Terre, la composition isotopique de l’eau des océans aide déjà à évaluer les différentes sources possibles de notre eau, notamment les matériaux riches en glace provenant de régions éloignées du jeune Système solaire .

À l’avenir, la même approche pourrait être appliquée à une exoplanète rocheuse et tempérée. Les astronomes chercheraient alors à savoir :

• si son eau provient de matériaux glacés formés dans les régions externes de son système planétaire ;
• si le rayonnement de son étoile a modifié cette eau au cours du temps ;
• si l’atmosphère a perdu une quantité importante d’hydrogène léger dans l’espace.

Ces informations aideraient à déterminer si une planète rocheuse a pu conserver de l’eau liquide à sa surface — une condition importante pour évaluer son potentiel d’habitabilité — sans constituer pour autant une preuve de vie .

La mise en évidence de l’HDO sur WASP-39b représente donc une preuve de concept. Elle rapproche les astronomes du jour où ils pourront utiliser la chimie isotopique pour reconstituer l’histoire de l’eau sur des mondes plus petits, et peut-être mieux distinguer les planètes simplement riches en eau de celles qui ont réellement réuni les conditions favorables à la vie.