LHS 1140 b : une exoplanète en zone habitable et avec une atmosphère !

Les planètes potentiellement habitables n’en finissent pas d’avoir leur quart d’heure warholien. Tout récemment, l’attention s’était portée sur GJ 3378b. Aujourd’hui, l’objet de la curiosité des chercheurs se nomme LHS 1140 b. Et cette exoplanète pourrait bien être encore plus intéressante que sa consoeur. Toute étude d’une exoplanète – planète localisée en dehors du Système solaire – doit permettre d’estimer sa taille, sa distance à l’étoile hôte, sa masse et de savoir si elle abrite une atmosphère. Tous ces critères sont indispensables afin d’élucider l’habitabilité des planètes extrasolaires. La plupart d’entre elles étant proches de leur étoile hôte et qualifiées de géantes gazeuse comme Jupiter, la question de l’habitabilité est rapidement écartée à cause de leur haute température, typiquement de l’ordre de plusieurs milliers de degrés. Mercure se trouve à environ 58 millions de kilomètres alors que ces « Jupiters chauds » siègent à quelques millions de kilomètres au plus près de leur étoile.

Parmi les plus de 6 000 exoplanètes confirmées, les cibles les plus pertinentes demeurent alors les super-Terres telles que GJ 3378 b. Elles sont définies comme des mondes plus grands et plus massifs que la Terre, mais qui seraient de nature rocheuse, à l’image des planètes telluriques de notre Système solaire que sont Mercure, Vénus, la Terre et Mars. Les exoplanètes de type super-Terre apparaissent comme les plus prometteuses, notamment si elles se trouvent en zone habitable, région d’un système planétaire où de l’eau liquide peut se former, élément indispensable à l’existence de la vie.

C’est le cas de LHS 1140 b. De récents travaux ont révélé la présence inédite d’une atmosphère sur cette planète assez proche de nous, à environ 40 années-lumière, dans la constellation de la Baleine. Sa localisation dans la zone habitable en fait un monde privilégié pour la recherche de biosignatures, sorte de traceurs d’activité biologiques comprenant des gaz comme le dioxygène ou le diazote. La découverte est relatée dans la revue Science.

Une atmosphère sur LHS 1140 b

Bien qu’initialement détectée en 2017 par le télescope Magellan Clay (localisé au Chili), des observations récentes de la super-Terre nous dévoilent une caractéristique inédite : la certitude de posséder une atmosphère ! Seules les couches gazeuses protectrices des Jupiters chauds avaient été caractérisées jusqu’à maintenant. LHS 1140 b est aussi massive que 5,6 Terres et possède un diamètre de 3,4 fois celui de notre planète bleue. La planète orbite autour de la naine rouge LHS 1140 en quasiment 25 jours, ce qui en fait une cible optimale du fait que de telles étoiles émettent moins de rayonnement.

Les naines M représentent au moins 70 % des étoiles dans la Voie Lactée et sont celles qui vivent le plus longtemps. D’où l’intérêt de détecter des exoplanètes voisines de telles compagnes stellaires. « Les naines rouges sont adaptées à ce type de recherche du fait de leur petite taille et leur température de surface relativement basse (jusqu’à 3 300 degrés, ndlr). Détecter des planètes situées dans la zone habitable de ces étoiles demeure accessible avec la méthode par transit, où nous détectons d’infimes variations périodiques de la luminosité de l’étoile hôte à chaque fois que la planète passe devant », explique Shreyas Vissapragada, astronome à l’Institut Carnegie et coauteur principal de l’étude, dans un communiqué.   

Un dynamisme atmosphérique surprenant

L’équipe d’astronomes dirigée par Shreyas Vissapragada a cependant mis au jour une particularité concernant l’atmosphère de LHS 1140 b via plusieurs observations menées en 2024 et 2025 : de l’hélium s’en échappe ! L’hélium est l’apanage des géantes gazeuses comme Jupiter ou Saturne, ce qui rend la découverte surprenante pour une planète rocheuse. « Les signatures atmosphériques des espèces chimiques comme l’eau et le dioxyde de carbone – habituellement détectées dans les couches basses de l’atmosphère – sont faibles. Leur détection représente un défi considérable dans le cas de planètes se trouvant en zone habitable, même pour des instruments puissants comme le télescope James Webb. En conséquence, nous avons décidé d’adopter une approche différente : chercher de l’hélium dans la haute atmosphère, qui révèle une plus forte signature chimique », nuance Shreyas Vissapragada. 

En utilisant la technique de la spectroscopie par transit – consistant à analyser la lumière d’une étoile hôte au passage d’une exoplanète – certaines molécules de l’atmosphère de la planète absorbent les photons de l’étoile hôte, ce qui nous renseigne sur la composition atmosphérique planétaire. Le spectrographe du télescope Magellan Clay a ainsi mis en évidence un échappement dynamique d’hélium dans la haute atmosphère de LHS 1140 b. « Après une analyse approfondie du spectre en 2024, nous avons déterminé que de l’hélium s’échappe de l’atmosphère du fait de l’impact des rayons X et de la radiation ultraviolette extrême de l’étoile hôte,” indique l’astronome américain. “Cependant, nos observations de 2025 ont révélé que l’hélium ne s’évapore plus. Il apparait donc que l’échappement atmosphérique varie au cours du temps ». L’étude en déduit que l’atmosphère de la super-Terre serait dominée par de l’hélium et des traces d’hydrogène, notamment dans les hautes altitudes. La basse atmosphère contiendrait de la vapeur d’eau.

Une autre planète dans le voisinage

Le fait que LHS 1140 b reçoive un rayonnement équivalant à 42 % de celui que la Terre reçoit du Soleil, sous réserve de la présence d’eau liquide, fait de cette super-Terre un monde potentiellement habitable. Une température d’équilibre – paramètre calculé en supposant que la planète n’a aucune atmosphère – est de -47 degrés pour LHS 1140 b, ce qui montre le rôle déterminant de son atmosphère à assurer un environnement tempéré.

Les astronomes états-uniens ont également observé une voisine de cette planète, LHS 1140 c. Elle serait moins massive et se trouverait près de la ligne du « rivage cosmique », qui désigne la frontière entre un corps planétaire maintenant son atmosphère durant des milliards d’années et ceux dont l’enveloppe gazeuse est dessiquée par les rayonnements de leur étoile hôte. Aucune preuve de l’existence d’une atmosphère n’a cependant été fournie pour LHS 1140 c, ce qui suggère qu’elle soit davantage impactée par le rayonnement de sa naine rouge. 

Les télescopes James Webb et Nancy Grace Roman (dont le lancement est prévu pour 2027) poursuivront la recherche de biosignatures afin d’établir si des planètes similaires à LHS 1140 b demeurent véritablement habitables, notamment en les imageant directement.  

« C’est un privilège rare que de pouvoir témoigner du dynamisme de l’atmosphère d’une exoplanète sur un temps aussi court, à l’échelle humaine ! », conclut l’astronome Shreyas Vissapragada.