Le télescope spatial James Webb NASA/ESA/CSA a réalisé une autre première : un portrait moléculaire et chimique du ciel d'un monde lointain. Tandis que Webb et d'autres télescopes spatiaux, notamment ceux de la NASA/ESA Le télescope spatial Hubble, ont déjà révélé des ingrédients isolés de l'atmosphère chauffée de cette planète, les nouvelles lectures fournissent un menu complet d'atomes, de molécules et même de signes de chimie active et de nuages. Les dernières données suggèrent également à quoi ces nuages pourraient ressembler de près : fragmentés plutôt que formant une couverture unique et uniforme sur la planète.
Les instruments sensibles du télescope ont été dirigés sur l'atmosphère de WASP-39 b, un « Saturne chaud » (une planète à peu près aussi massive que Saturne mais en orbite plus étroite que Mercure) en orbite autour d'une étoile située à environ 700 années-lumière. Cette taille de Saturne exoplanète a été l'un des premiers examinés par la NASA/ESA/CSA Télescope spatial James Webb quand il a commencé ses opérations scientifiques régulières. Les résultats ont enthousiasmé la communauté scientifique des exoplanètes. Les instruments extrêmement sensibles de Webb ont fourni un profil des constituants atmosphériques de WASP-39 b et identifié une pléthore de contenus, notamment d'eau, dioxyde de soufre, monoxyde de carbone, sodium et potassium.
Ces résultats sont de bon augure pour la capacité des instruments de Webb à mener le large éventail d'études sur les exoplanètes – des planètes autour d'autres étoiles – espérées par la communauté scientifique. Cela inclut l’exploration de l’atmosphère de planètes rocheuses plus petites comme celles du système TRAPPIST-1.
"Nous avons observé l'exoplanète avec plusieurs instruments qui couvrent ensemble une large bande du spectre infrarouge et une panoplie d'empreintes chimiques inaccessibles jusqu'au JWST", a déclaré Natalie Batalha, astronome à l'Université de Californie à Santa Cruz, qui a contribué et aidé à coordonner la nouvelle recherche. « Des données comme celles-ci changent la donne. »
La série de découvertes est détaillée dans un ensemble de cinq nouveaux articles scientifiques, dont trois sont sous presse et deux en cours d'examen. Parmi les révélations sans précédent figure la première détection dans l’atmosphère d’une exoplanète de le dioxyde de soufre, une molécule produite à partir de réactions chimiques déclenchées par la lumière à haute énergie de l'étoile mère de la planète. Sur Terre, la couche protectrice d’ozone dans la haute atmosphère est créée de la même manière.
"C'est la première fois que nous observons des preuves concrètes de la photochimie - des réactions chimiques déclenchées par la lumière énergétique des étoiles - sur des exoplanètes." a déclaré Shang-Min Tsai, chercheur à l'Université d'Oxford au Royaume-Uni et auteur principal de l'article expliquant l'origine du dioxyde de soufre dans l'atmosphère du WASP-39 b. «Je vois cela comme une perspective très prometteuse pour faire progresser notre compréhension de atmosphères d'exoplanètes avec [cette mission].
Cela a conduit à une autre première : les scientifiques ont appliqué des modèles informatiques de photochimie à des données qui nécessitent une explication complète de cette physique. Les améliorations de modélisation qui en résulteront contribueront à développer le savoir-faire technologique nécessaire pour interpréter les signes potentiels d’habitabilité dans le futur.
"Les planètes sont sculptées et transformées en orbitant dans le bain de rayonnement de l'étoile hôte." » dit Batalha. « Sur Terre, ces transformations permettent à la vie de prospérer. »
La proximité de la planète avec son étoile hôte – huit fois plus proche que Mercury est à notre Dimanche — en fait également un laboratoire pour étudier les effets du rayonnement des étoiles hôtes sur les exoplanètes. Une meilleure connaissance de la connexion étoile-planète devrait permettre de mieux comprendre comment ces processus affectent la diversité des planètes observées dans la galaxie.
Les autres constituants atmosphériques détectés par le télescope Webb comprennent le sodium (Na), le potassium (K) et la vapeur d'eau (H2O), confirmant les observations précédentes des télescopes spatiaux et terrestres ainsi que la découverte d'empreintes digitales supplémentaires de l'eau, à ces longueurs d'onde plus longues, cela n'a jamais été vu auparavant.
Webb a également vu le dioxyde de carbone (CO2) à une résolution plus élevée, fournissant deux fois plus de données que celles rapportées par ses observations précédentes. Pendant ce temps, du monoxyde de carbone (CO) a été détecté, mais les signatures évidentes du méthane (CH4) et du sulfure d'hydrogène (H2S) étaient absentes des données Webb. Si elles sont présentes, ces molécules se produisent à des niveaux très faibles.
Pour capturer ce large spectre de l'atmosphère de WASP-39 b, une équipe internationale se comptant par centaines a analysé de manière indépendante les données de quatre des modes d'instrument finement calibrés du télescope Webb.
"Nous avions prédit ce que [le télescope] nous montrerait, mais c'était plus précis, plus diversifié et plus beau que ce que je pensais réellement." a déclaré Hannah Wakeford, astrophysicienne à l'Université de Bristol au Royaume-Uni qui étudie l'atmosphère des exoplanètes.
Avoir une liste aussi complète d’ingrédients chimiques dans l’atmosphère d’une exoplanète donne également aux scientifiques un aperçu de l’abondance des différents éléments les uns par rapport aux autres, comme les rapports carbone/oxygène ou potassium/oxygène. Cela donne à son tour un aperçu de la façon dont cette planète – et peut-être d’autres – s’est formée à partir du disque de gaz et de poussière entourant l’étoile mère dans ses jeunes années.
L'inventaire chimique de WASP-39 b suggère une histoire de smashups et de fusions de corps plus petits appelés planétésimaux pour créer un éventuel goliath d'une planète.
"L'abondance de soufre [par rapport à] l'hydrogène indique que la planète a probablement connu une accrétion significative de planétésimaux capables de livrer [ces ingrédients] à l'atmosphère", a déclaré Kazumasa Ohno, chercheur sur les exoplanètes de l'UC Santa Cruz qui a travaillé sur les données Webb. « Les données indiquent également que l’oxygène est beaucoup plus abondant que le carbone dans l’atmosphère. Cela indique potentiellement que WASP-39 b s’est formé à l’origine loin de l’étoile centrale.
En révélant avec précision les détails de l'atmosphère d'une exoplanète, les instruments du télescope Webb ont fonctionné bien au-delà des attentes des scientifiques et promettent une nouvelle phase d'exploration de la grande variété d'exoplanètes dans le monde. galaxie.
« Nous allons pouvoir avoir une vue d’ensemble de l’atmosphère des exoplanètes » a affirmé Valérie Plante. Laura Flagg, chercheuse à l'Université Cornell et membre de l'équipe internationale. « C’est incroyablement excitant de savoir que tout va être réécrit. C’est l’un des meilleurs aspects du métier de scientifique.
Références de revues :
- Lili Alderson et coll. Science de la version anticipée de l'exoplanète WASP-39b avec JWST NIRSpec G395H. EST CE QUE JE: 10.48550/arXiv.2211.10488
- Z. Rustamkulov et al. Science de la version précoce de l'exoplanète WASP-39b avec JWST NIRSpec PRISM. EST CE QUE JE: 10.48550/arXiv.2211.10487
- Eva-Maria Ahrer et al. Science de la version précoce de l'exoplanète WASP-39b avec JWST NIRCam. EST CE QUE JE: 10.48550/arXiv.2211.10489
- Adina D. Feinstein et coll. Science de la version précoce de l'exoplanète WASP-39b avec JWST NIRISS. EST CE QUE JE: 10.48550/arXiv.2211.10493
- Shang-Min Tsai et coll. Preuve directe de photochimie dans une atmosphère d'exoplanète. EST CE QUE JE: 10.48550/arXiv.2211.10490
