Des astronomes ont détecté de l’hélium en fuite dans les spectres de transit de l’exoplanète rocheuse LHS 1140 b, située dans la zone habitable. C’est la première preuve claire que cette super-Terre, à environ 48 années-lumière, conserve une atmosphère. Le signal n’est apparu qu’en 2024 et ne sonde que la haute atmosphère ; la composition des couches inférieures demeure inconnue.
Points clés
- Dans les spectres de transit proche infrarouge de LHS 1140 b obtenus en 2024, l’équipe a détecté le triplet de l’hélium métastable vers 10 833 ångströms ; les principales raies mélangées ont produit une absorption supplémentaire de 1,24 % (+0,22/−0,23 point de pourcentage).
- Le signal d’hélium a commencé avant le transit optique, ce qui concorde avec du gaz étendu le long de l’orbite devant la planète ; les indices d’une traîne après le transit sont plus faibles.
- La même méthode n’a pas détecté d’hélium en 2025. Cette observation était peu sensible aux absorptions inférieures à environ 0,6 %, de sorte que le résultat appuie un échappement variable plutôt qu’une disparition de l’atmosphère.
- Les modèles interprètent le signal comme un écoulement chauffé par les rayons X et l’ultraviolet extrême de l’étoile. La haute atmosphère pourrait être riche en hélium et pauvre en hydrogène, tandis que des espèces plus lourdes contenant carbone, azote et oxygène resteraient plus bas.
- Cette découverte ne détecte ni biosignature ni eau liquide. La zone habitable décrit la plage d’énergie reçue ; l’environnement de surface dépend encore de la composition atmosphérique et du climat, tous deux inconnus.
À 14,96 parsecs, soit environ 48,8 années-lumière du Soleil, LHS 1140 b a enfin révélé les traces d’une atmosphère qui s’écoule vers l’espace. Une équipe dirigée par Collin Cherubim rapporte dans Science la détection d’hélium métastable dans le spectre de transit de cette exoplanète rocheuse en zone habitable. Il s’agit de la première démonstration claire d’une atmosphère sur une planète rocheuse située dans la zone habitable d’une autre étoile. Le signal provient de la haute atmosphère raréfiée, et non d’une image directe de la surface.
Comment l’absorption d’hélium de 2024 est-elle apparue dans la lumière de l’étoile ?
LHS 1140 b possède 5,60 ± 0,19 fois la masse de la Terre et 1,730 ± 0,025 fois son rayon, et boucle une orbite autour d’une naine rouge peu massive en 24,7 jours. Elle reçoit environ 42 % de l’irradiation stellaire terrestre et sa température d’équilibre est de 226 ± 4 K en supposant une réflectivité nulle. Le 23 septembre 2024, l’équipe a utilisé le spectrographe proche infrarouge à haute résolution WINERED sur le télescope Magellan Clay de 6,5 mètres de l’observatoire de Las Campanas, au Chili. En 6,5 heures, elle a obtenu 70 spectres couvrant les transits de LHS 1140 c et b, séparés de 39 minutes.
Lorsque LHS 1140 b est passée devant son étoile, une partie de la lumière a traversé sa haute atmosphère. L’étude a trouvé une absorption supplémentaire aux longueurs d’onde dans le vide de 10 832,057, 10 833,217 et 10 833,306 ångströms du triplet de l’hélium métastable. Les deux dernières raies mélangées ont atteint 1,24 % d’absorption (+0,22/−0,23 point de pourcentage), soit l’équivalent d’une couche atmosphérique opaque s’étendant jusqu’à 1,52 rayon planétaire. Le signal a augmenté avant le transit proprement dit, ce qui concorde avec de l’hélium devant la planète le long de son orbite ; une traîne arrière ne bénéficie encore que d’indices préliminaires.
L’équipe a vérifié d’autres explications : variations de la raie d’hélium de l’étoile, absorption dans l’atmosphère terrestre et émission OH du ciel nocturne. Une chaîne d’analyse indépendante a retraité les données de 2024 et 2025 et n’a retrouvé le signal qu’en 2024. Le transit du 29 septembre 2025 n’a pas fourni de nouvelle détection, mais des tests d’injection-récupération montrent qu’une absorption d’environ 0,6 % ou moins aurait été difficile à distinguer. Cette absence de détection peut donc venir de variations du rayonnement XUV, de la température de l’écoulement ou du vent stellaire ; elle ne prouve pas que l’atmosphère a disparu en un an.
L’hélium en fuite ne mesure pas toute l’atmosphère
L’étude interprète le signal de 2024 comme un écoulement hydrodynamique chauffé par les rayons X et l’ultraviolet extrême de l’étoile hôte. Le modèle p-winds indique que le rapport numérique hydrogène/hélium dans l’écoulement supérieur pourrait n’être que d’environ 10⁻³. Avec beaucoup plus d’hydrogène, celui-ci absorberait d’abord le rayonnement énergétique nécessaire pour produire l’hélium métastable, rendant le signal observé plus difficile à former. Les données soutiennent donc une haute atmosphère riche en hélium et pauvre en hydrogène, mais il s’agit d’une inférence de modèle sur une région élevée et ténue, pas d’une analyse complète de l’air proche de la surface.
Le taux d’échappement d’hélium modélisé est trop faible pour entraîner dans l’espace les espèces de masse atomique égale ou supérieure à 9. Des espèces plus lourdes de carbone, d’azote et d’oxygène peuvent ainsi s’accumuler à plus basse altitude. La faible température de la planète pourrait aussi piéger l’eau sous le sommet de l’atmosphère convective et empêcher une grande quantité de vapeur d’atteindre les couches hautes. Ces résultats autorisent une atmosphère basse plus lourde ou une importante réserve d’eau, mais l’azote, la vapeur d’eau, le dioxyde de carbone et l’oxygène n’ont pas encore été détectés directement.
Le potentiel d’habitabilité demande d’autres observations
LHS 1140 b se trouve dans la zone habitable, possède une composition globale rocheuse et retient une atmosphère, ce qui en fait une cible importante pour étudier les exoplanètes tempérées. Évaluer son habitabilité exige encore des informations sur l’eau liquide en surface et sur d’éventuels signaux liés à la vie. La température d’équilibre ne tient compte que de l’énergie absorbée et émise ; la température réelle de surface, la répartition jour-nuit et le maintien d’eau liquide dépendent aussi de l’épaisseur de l’atmosphère, des gaz à effet de serre, des nuages et du transport de chaleur.
Il faudra suivre le signal d’hélium pendant davantage de transits pour voir comment il répond à l’activité stellaire, tandis que des installations telles que le télescope spatial James-Webb chercheront de l’eau, du dioxyde de carbone et d’autres molécules dans l’atmosphère basse. Cette découverte fait passer la question de l’existence d’une atmosphère à celle du lien entre l’échappement en altitude et le climat sous-jacent. Ce n’est qu’en contraignant mieux ce dernier que les scientifiques pourront évaluer plus solidement le potentiel habitable de ce monde distant de 48 années-lumière.