Antonio Garcia Munoz, astrophysicien au département d’astrophysique de l’Irfu vient de recevoir la bourse européenne « ERC Advanced » pour son projet Exo-RARE consacré à l’étude de l’évolution et de l’échappement des atmosphères des super-Terres et sous-Neptunes.
Antonio García Muñoz est astrophysicien au CEA-Irfu depuis 2020 dans le laboratoire « Dynamique des Etoiles, des Exoplanètes et de leur Environnement » . Ses recherches portent sur plusieurs thématiques liées aux atmosphères planétaires, notamment leur caractérisation, leur stabilité, leur évolution ainsi que leurs interactions avec le milieu stellaire.
Les super-Terres et sous-Neptunes, ces planètes dont la taille se situe entre celle de la Terre (1 rayon terrestre) et de Neptune (4 rayons terrestres), sont parmi les plus répandues dans notre galaxie, même s’ils ne se trouvent pas dans notre propre système solaire. Pourtant, malgré leur abondance et des années d’observations avec des télescopes comme James Webb ou Hubble, nous savons encore très peu sur leur structure interne, leur composition atmosphérique ou les mécanismes de leur évolution. Or ces informations sont essentielles pour acquérir une compréhension globale des sciences planétaires.Le projet Exo-RARE vise à combler cette lacune sur les super-Terres et les sous-Neptunes, en explorant un aspect clé : l’échappement atmosphérique vers l’espace.
Pourquoi est-ce si important ? Parce que ces planètes, souvent proches de leur étoile, subissent un rayonnement intense (UV, X) qui peut ioniser et chauffer leurs atmosphères, déclenchant des processus d’échappement. Comprendre ces mécanismes est essentiel pour déterminer si ces planètes peuvent conserver une atmosphère stable, condition nécessaire (mais pas suffisante) à l’habitabilité, et pour contraindre la composition du gaz atmosphérique. Ces informations sont souvent impossibles à obtenir avec d’autres méthodes plus conventionnelles.
L’approche du projet repose sur deux idées fortes :
- Des modèles plus réalistes : en développant des outils pour analyser les spectres d’absorption et d’émission de ces planètes, qui sondent l’atmosphère en s’échappant dans l’espace, et en intégrant :
- La chimie atmosphérique complexe (en étudiant des molécules comme H₂O, CO₂, CH₄).
- Les interactions radiatives avec leur étoile hôte à travers divers atomes et molécules.
- La dynamique des couches supérieures de l’atmosphère, où la densité est faible et le gaz est en déséquilibre (chimique, collisionnel, radiatif).
- L’évolution comme clé : en étudiant comment leurs atmosphères résistent ou s’échappent au fil du temps, des indices uniques seront obtenus sur :
- Leur histoire thermique (refroidissement, migration planétaire).
- Leur composition initiale (richesse en volatils comme l’eau ou le méthane).
- Leur potentiel d’habitabilité (présence d’une atmosphère secondaire après perte de la primaire).
Les objectifs d’Exo-RARE sont :
- de créer des diagnostics innovants en développant des traceurs spectroscopiques pour identifier les signatures de l’échappement atmosphérique (ex : raies d’absorption de l’hydrogène ou de l’oxygène dans l’UV),
- de proposer une vision unifiée de leur évolution en intégrant pour la première fois des processus multi-échelles : des réactions chimiques à l’échelle atomique jusqu’à la dynamique globale de l’atmosphère et en combinant des observations (comme celles du JWST ou de futures missions comme Ariel) et des modèles théoriques pour contraindre les scénarios de formation et d’évolution.
- Et enfin de partager nos modèles avec la communauté scientifique mondiale en rendant accessible nos outils de modélisation (via des plateformes ouvertes) pour les modélisateurs, observateurs et expérimentateurs et en collaborant avec des projets complémentaires, comme ceux étudiant les exoplanètes rocheuses (ex : TRAPPIST-1) ou les géantes gazeuses.
Ce projet place l’Europe à l’avant-garde de la recherche sur les exoplanètes. En perçant les secrets de ces planètes ubiquitaires mais mystérieuses, les scientifiques pourront révolutionner la compréhension de l’habitabilité et préparer le terrain pour les futures missions dédiées à la caractérisation des atmosphères, comme Ariel (ESA, lancement prévu en 2029).
contact: Antonio GARCIA MUNOZ
