Résultat scientifique

Parmi les intenses émissions aurorales  présentes sur  les  pôles de  Jupiter,  certaines résultent  de  l’interaction entre  les  lunes  Galiléennes  – Io,  Europe,  Ganymède et  Callisto  – et  l’environnement  de particules  chargées  autour de  Jupiter.  Ces émissions induites  par  les lunes,  observées  à la  fois  dans les  longueurs  d’ondes  ultraviolettes,  visibles,  infrarouges et  radios  et sans  équivalent  sur Terre, sont appelées empreintes aurorales. 

 Grâce au  télescope  spatial  Hubble, les  empreintes  aurorales ultraviolettes  de  trois des  quatre  lunes Galiléennes  –  Io,  Europe et  Ganymède  – ont  été  clairement identifiées  et  étudiées depuis  le  début des  années 2000 .  Depuis Juillet 2016 ,  la  mission  Juno en  orbite  autour de  Jupiter  permet de  poser  un nouveau  diagnostic  sur les  propriétés  de ces  empreintes  aurorales  et les  mécanismes  physiques à  leur  origine grâce  à  des observations  répétées  acquises lors  de  survols rapprochés  des  régions  aurorales de  Jupiter.  Malgré  cela, aucune  détection  claire de  l’empreinte  aurorale  de Callisto,  la  quatrième lune  Galiléenne  la plus  distante  de Jupiter,  n’avait  été rapportée.  Une  telle détection  est  en effet  rendue  complexe par  sa  faible brillance  attendue,  mais aussi  à  cause de  sa  proximité avec  d’autres  émissions aurorales  de  Jupiter, bien  plus  intenses. 

L’empreinte  aurorale ultraviolette  de  Callisto révélée par l’instrument  UVS 
Une  étude récemment  publiée  dans la  revue  Nature  Communications,  menée par  une  équipe de  scientifiques  français (voir encadré),  montre  cependant qu’il  existe  des opportunités  d’identifier  l’empreinte  aurorale ultraviolette  de  la lune  Callisto.  En utilisant  les  observations de  l’instrument  UVS  (UltraViolet Spectrometer)  à  bord de  la  mission spatiale  Juno  de la  NASA,  ils ont  ainsi  montré qu’en  Septembre  2019, les  émissions  aurorales  principales de  Jupiter  ont été  significativement  déplacées de  leur  position habituelle  sur  les pôles  de  Jupiter. Ce décalage  résulte  d’une expansion  globale  de la  magnétosphère  de  Jupiter à  la  suite d’un  changement  des propriétés  du  vent  solaire, ce  flux  permanent de  particules  provenant du  Soleil  se propageant  dans  le milieu  interplanétaire  et interagissant  avec  les objets  du  Système solaire.  En  conséquence, l’empreinte  aurorale  ultraviolette de  Callisto,  habituellement  masquée par  ces  intenses émissions  aurorales,  se révèle.  Pour  la première  fois,  les  empreintes aurorales  des  quatre lunes galiléennes sont observéessimultanément sur le pôle nord de Jupiter. 

 Les mesures  réalisées  par Juno  conjointement  aux observations  ultraviolettes,  notamment celles  d’électrons,  obtenues grâce  à  l’instrument JADE  (Jupiter  Auroral  Distributions Experiment)  auquel  l’IRAP a  contribué,  et d’ondes,  montrent  que les  empreintes  aurorales des  quatre  lunes  Galiléennes  sont générées  par  des mécanismes  physiques  similaires. En  confirmant  l’existence de  l’empreinte  aurorale de  Callisto  avec un  niveau  de détail  sans  précédent, cette  étude  complète ainsi notre compréhension des couplages lunes-planètedans le système de Jupiter. 

La mesure directe de la lumière émise par les exoplanètes géantes jeunes permet d’accéder à la composition de leur atmosphère et d’étudier leur mode de formation. En plus de la composition, la spectroscopie à haute résolution spectrale donne accès à des paramètres comme la vitesse orbitale ou la vitesse à laquelle les planètes tournent sur elles-mêmes, qui sont aussi des paramètres liés à l’historique de formation. Cette étude s’intéresse à la jeune exoplanète AF Lep b qui est un analogue de Jupiter dans notre Système Solaire, avec une masse environ trois fois plus importante que cette dernière et orbitant à une distance deux fois plus grande. 

De nouvelles mesures effectuées avec l’instrument HiRISE permettent de déterminer que la planète tourne sur elle-même à une vitesse d’environ 12 km/s ce qui, compte-tenu de son diamètre 30% plus important que celui de Jupiter, permet d’estimer qu’elle tourne sur elle-même en un peu moins de onze heures. Ce résultat confirme l’analogie avec Jupiter qui tourne sur elle-même en 10 heures environ. Les scientifiques ont également mesuré la vitesse de la planète sur son orbite, permettant ainsi de contraindre très précisément son orbite (Figure 1) et de déterminer quel côté de la planète fait face à l’observateur (Figure 2).

Ce résultat unique a été permis par HiRISE, un instrument novateur conçu et réalisé par le Laboratoire d’Astrophysique de Marseille pour le Very Large Telescope (VLT) au Chili. Grâce à HiRISE, la caractérisation directe d’exoplanètes entre dans une nouvelle ère en permettant de faire de la spectroscopie à une résolution spectrale 1 000 fois supérieure à ce que permettaient les instruments imageurs d’exoplanètes existants.

AF Lep b n’est que la première cible du relevé HiRISE commencé en 2023. D’ici quelques années, toutes les planètes géantes connues en imagerie auront été observées avec HiRISE, ce qui permettra de tester de manière statistique les liens entre composition, vitesse de rotation et mode de formation.