Webb révèle un monde brumeux montrant que même les planètes jumelles ne sont pas toujours identiques

Une équipe menée par des chercheurs canadiens découvre que l’exoplanète LP 791-18 c, une sous-Neptune tempérée, possède une atmosphère brumeuse sans équivalent parmi ses autres planètes jumelles.

Des astronomes de l’Institut Trottier de recherche sur les exoplanètes (IREx) de l’Université de Montréal ont utilisé le télescope spatial James Webb (JWST) pour dévoiler la véritable nature d’un monde qui, au premier coup d’œil, semblait presque la jumelle de plusieurs exoplanètes bien connues.

LP 791-18 c — une petite sous-Neptune dont la taille se situe entre celle de la Terre et de Neptune et qui orbite autour d’une étoile naine rouge froide à seulement 86 années-lumière — devrait ressembler à d’autres sous-Neptunes tempérées de dimensions et de températures comparables, comme K2-18 b ou TOI-270 d. Mais au lieu de l’atmosphère dégagée et riche en méthane et en dioxyde de carbone observée sur ces planètes, Webb a révélé une tout autre chose : une atmosphère dominée par des brumes, riche en méthane, et sans aucune trace de dioxyde de carbone.

Cette découverte, menée par une équipe canadienne, montre que des planètes qui paraissent presque identiques à première vue peuvent diverger fortement en termes de couverture nuageuse, de chimie et d’évolution — et que seule la sensibilité exceptionnelle du JWST permet de révéler cette diversité cachée. Les résultats ont été publiés dans Nature Astronomy.

Une planète familière à la chimie inattendue

LP 791-18 c fait environ 2,5 fois le rayon de la Terre et orbite dans la zone dite « tempérée » de sa petite étoile hôte — avec une température d’équilibre estimée entre -20°C et 140°C — tout en recevant un niveau d’irradiation comparable à celui de plusieurs sous-Neptunes déjà étudiées en détail. Cette similarité en faisait une cible idéale pour la comparer à K2-18 b et TOI-270 d, toutes deux des exoplanètes présentant des atmosphères dégagées ou légèrement nuageuses, riches en méthane mais aussi en dioxyde de carbone — un signe d’intérieurs riches en eau.

Mais lorsque l’équipe menée par des astronomes canadiens a observé LP 791-18 c avec le spectrographe infrarouge NIRSpec du JWST, le spectre a raconté une tout autre histoire.

Pierre-Alexis Roy, qui a récemment obtenu son doctorat à l’Université de Montréal et à l’IREx et qui est maintenant chercheur postdoctoral à UCLA, est l’auteur principal de cette étude. (Crédit d’image : @uzun.lutfi)

« On aurait pu s’attendre à une atmosphère pratiquement identique à celles des sous-Neptunes tempérées déjà étudiées : principalement du méthane, du dioxyde de carbone et aucune trace de nuages dans les hautes couches. Au contraire, nous avons trouvé une planète présentant un régime nuageux complètement différent et possiblement une chimie distincte », explique Pierre-Alexis Roy, auteur principal de l’étude, qui a réalisé ces travaux comme doctorant à l’IREx/UdeM et qui est maintenant chercheur postdoctoral au UCLA. « LP 791-18 c est un monde brumeux. Son atmosphère est riche en méthane et en aérosols photochimiques, avec presque aucune trace d’eau ou de dioxyde de carbone — un contraste frappant avec ses analogues. »

Les observations JWST montrent une signature d’absorption du méthane très marquée, alors que la signature du dioxyde de carbone, détectée sur les deux autres sous-Neptunes tempérées, est étonnamment absente. Le spectre présente plutôt une forme large et atténuée typique des atmosphères enveloppées de brumes ou de nuages complexes.

Un monde sculpté par la photochimie et la lumière stellaire

La brume qui enveloppe LP 791-18 c est probablement générée par la photochimie, où les rayons ultraviolets de la naine rouge active brisent les molécules de méthane dans les hautes couches de l’atmosphère de la planète. Les fragments se recombinent ensuite pour former des hydrocarbures plus lourds. Ce même processus est responsable du smog orangé de Titan, la lune de Saturne.

Cette brume photochimique peut bloquer ou atténuer les « empreintes moléculaires » qui permettent aux astronomes de déchiffrer la composition d’une atmosphère. Pourtant, malgré ce voile, le JWST a pu identifier le méthane clairement et établir des contraintes sur ce qui manque.

Autre résultat important : l’équipe a démontré que le spectre reste inchangé qu’on tienne compte ou non de l’activité stellaire dans l’analyse. Cela signifie que la chimie inhabituelle de l’atmosphère n’est pas une illusion causée par des taches ou des éruptions stellaires — un problème courant dans les études atmosphériques récentes — mais bel et bien une propriété intrinsèque de la planète.

« Webb nous donne une vision directe et nette », explique le professeur Björn Benneke (UCLA/UdeM), co-auteur et superviseur de doctorat de Pierre-Alexis Roy. « Même lorsqu’on tient compte de toutes les façons dont l’étoile pourrait influencer le signal, l’image atmosphérique demeure la même. LP 791-18 c montre réellement ces brumes abondantes et cette forte bande d’absorption du méthane. »

Un indice sur le lieu de naissance de la planète

Si des planètes de même taille et de même température peuvent avoir des atmosphères radicalement différentes, la question évidente est : pourquoi ? La réponse pourrait remonter à plusieurs milliards d’années.

L’empreinte chimique de LP 791-18 c, riche en méthane mais pauvre en molécules contenant de l’oxygène, suggère une formation à l’intérieur de la ligne de glace du disque protoplanétaire, la région proche de l’étoile où les températures sont trop élevées pour que les grains de glace survivent. Les planètes qui se forment plus loin ont tendance à incorporer davantage d’eau et de glaces volatiles, menant à des atmosphères riches en dioxyde de carbone et en eau comme celles de K2-18 b et TOI-270 d.

LP 791-18 c semble plutôt avoir été bâtie à partir de matériaux plus secs et riches en carbone. Une telle différence fondamentale peut laisser une empreinte durable sur sa composition.

« C’est la preuve la plus forte à ce jour que l’histoire de formation et l’évolution, et pas seulement la taille ou la température, façonnent les atmosphères des sous-Neptunes », souligne Roy. « Deux planètes peuvent paraître identiques de loin, mais leur chimie peut révéler des origines totalement différentes. »

Cette étude montre comment le JWST rend possible une véritable « planétologie comparative » : des planètes semblables en apparence peuvent maintenant être distinguées par leurs caractéristiques atmosphériques les plus profondes.

« Nous savons que les petites planètes rocheuses montrent une diversité intrinsèque », affirme Roy. « Il suffit de penser à la Terre et à Vénus qui, malgré une formation dans la même zone habitable, possèdent des atmosphères radicalement différentes. Mais maintenant, nous commençons à observer cette diversité chez les sous-Neptunes gazeuses également. »

Un système planétaire miniature plein de surprises

LP 791-18 c orbite au sein d’un système compact et dynamique qui fascine déjà les astronomes. En 2023, une autre équipe dirigée par l’UdeM avait montré que la planète intérieure LP 791-18 d subit probablement une activité volcanique intense due aux interactions gravitationnelles, en faisant l’une des meilleures candidates pour un « monde volcanique » hors du Système solaire.

À présent, avec LP 791-18 c montrant une complexité atmosphérique d’un tout autre genre, le système devient un exemple remarquable de la diversité des planètes en orbite autour de petites étoiles.

« On a dans le même système une planète terrestre volcanique et une sous-Neptune brumeuse riche en méthane », note Benneke. « Cela montre à quel point les planètes peuvent être extraordinairement variées, même lorsqu’elles se forment autour de la même étoile. »

Un monde non habitable mais d’une grande valeur scientifique

Bien que LP 791-18 c orbite dans ce que les astronomes appellent vaguement la zone “tempérée”, ce n’est pas un monde habitable. Les sous-Neptunes comme celle-ci possèdent de profondes atmosphères riches en hydrogène qui génèrent un effet de serre intense et des pressions extrêmes, bien au-delà des conditions nécessaires à l’existence d’eau liquide. LP 791-18 c est une planète gazeuse sans surface solide, et sa brume riche en méthane reflète une chimie totalement différente de celle de la Terre.

Mais cette planète reste une pièce essentielle du casse-tête des exoplanètes. En révélant une sous-Neptune qui n’est pas un monde d’eau, Webb ouvre la porte à une compréhension plus complète de la gamme de diversité de ces planètes communes mais énigmatiques. Les sous-Neptunes sont le type d’exoplanète le plus courant dans le catalogue des exoplanètes connues, mais leur diversité commence tout juste à être explorée.

« LP 791-18 c nous aide à cartographier les limites de ce qu’une sous-Neptune peut être », explique Roy. « Elle montre qu’il est dangereux de trop simplifier : deux sous-Neptunes ayant la même température n’auront pas nécessairement des atmosphères similaires. Il nous faut des mesures atmosphériques détaillées pour savoir lesquelles sont riches en eau, lesquelles sont sèches et lesquelles sont enveloppées de brumes. »

À propos de l’étude

L’article “Diversity in the haziness and chemistry of temperate sub-Neptunes” a été publié dans Nature Astronomy le 12 décembre 2025. L’auteur principal est Pierre-Alexis Roy (IREx/UdeM; maintenant UCLA). Les co-auteurs incluent des membres actuels et anciens de l’IREx : Björn Benneke (UdeM/UCLA), Marylou Fournier-Tondreau (Oxford), Louis-Philippe Coulombe (Planétarium de Montréal), Caroline Piaulet-Ghorayeb (U Chicago), David Lafrenière (UdeM), Romain Allart (UdeM), Nicolas Cowan (McGill), Lisa Dang (U Waterloo), Stefan Pelletier (Genève), Michael Radica (U Chicago), Jake Taylor (Oxford), Loïc Albert (UdeM), René Doyon (UdeM), ainsi que plusieurs collaborateurs du CNRC-Herzberg, de Johns Hopkins U, de Cornell et de l’Université du Michigan.

Cette étude a été soutenue par l’Agence spatiale canadienne et utilise des données du programme de temps d’observation garanti du Canada NEAT (PI : David Lafrenière) sur le JWST.

Pour plus d’information

• Lien vers l’article dans Nature Astronomy
• Lien vers l’article sur arXiv
• Communiqué de presse sur LP 791-18 d
• Communiqué de presse de UCLA

Contacts scientifiques

Pierre-Alexis Roy
Chercheur postdoctoral
UCLA / Université de Montréal
paroy@ucla.edu
Tél. : 514 999-7701

Björn Benneke
Professeur
UCLA / Université de Montréal
bjorn.benneke@umontreal.ca
Tél. : 514 578-2716

Contact médias

Nathalie Ouellette
Scientifique des communications pour le JWST
Institut Trottier de recherche sur les exoplanètes
Université de Montréal
nathalie@astro.umontreal.ca
Tél. : 613-531-1762