Les astronomes ont révélé la première photographie d'une exoplanète prise par le télescope spatial James Webb (JWST) de la NASA. L'image montre la tache lumineuse d'un monde sept fois plus lourd que Jupiter qui orbite autour d'une étoile à près de 400 années-lumière. Le résultat révolutionnaire est le dernier d'une série de premières découvertes d'exoplanètes du télescope, et un test de technologies qui permettront l'imagerie directe des planètes semblables à la Terre par les futurs télescopes spatiaux.
"C'est exaltant", a déclaré Aarynn Carter, astronome de l'Université de Californie à Santa Cruz et membre de l'équipe qui a traité l'image. "Le résultat est, honnêtement, excellent."
JWST, un télescope des décennies de préparation qui a été lancé en décembre 2021 et flotte maintenant à un million de kilomètres de la Terre, est devenu pleinement opérationnel cet été. Déjà, il a observé des galaxies lointaines à l'aube de l'univers et pris des vues exquises de Jupiter, entre autres premiers résultats. Les astronomes disent que le télescope est également 10 fois plus performant que prévu pour l'observation des exoplanètes.
La nouvelle image, décrite dans un papier d'accompagnement mis en ligne hier soir, provient de une équipe dirigé par l'astrophysicien Sasha Hinkley à l'Université d'Exeter au Royaume-Uni. Les chercheurs ont pointé JWST sur l'étoile à rotation rapide HIP 65426, où l'existence d'une planète était déjà connue ; l'instrument SPHERE sur le Very Large Telescope au Chili pour la première fois photographié la planète en 2017. L'équipe de Hinkley a cherché à tester et à caractériser la capacité de JWST à voir la planète, appelée HIP 65426 b.
Les astronomes ont directement imagé environ deux douzaines d'exoplanètes, mais JWST élargira considérablement la capacité en brandissant son miroir hexagonal de 6.5 mètres de large, surclassant tout observatoire au sol. "C'est un moment de promesse", a déclaré bruce macintosh, astrophysicien et nouveau directeur des observatoires de l'Université de Californie.
Chaud jeune géant
Pour photographier HIP 65426 b, JWST a bloqué la lumière de son étoile hôte en utilisant un petit masque connu sous le nom de coronographe. Cela a révélé la planète en orbite, qui est des milliers de fois plus faible, comme "une luciole autour d'un projecteur", a déclaré Hinkley.
HIP 65426 b orbite environ 100 fois plus loin de son étoile que la Terre ne le fait du soleil, prenant 630 ans pour compléter une orbite. Cette distance signifie qu'il est plus facile de voir la planète contre l'éclat de l'étoile ; cela, associé à la chaleur extrême et donc à la luminosité de la planète - elle a une température torride d'environ 900 degrés Celsius, une fièvre laissée par sa formation il y a à peine 14 millions d'années - en fait une cible de choix pour l'imagerie directe. "Il a une température similaire à la flamme d'une bougie", a déclaré Beth Billier, un astronome de l'Université d'Édimbourg qui a codirigé l'équipe.
La taille et la sensibilité de JWST lui ont permis de collecter plus de lumière de cette planète que n'importe quel observatoire précédent. (Sa photo semble plus granuleuse que celle de SPHERE uniquement parce que JWST observe des longueurs d'onde infrarouges plus longues.) Cela a permis à Hinkley, Biller et à leur équipe d'affiner l'estimation de la masse de la planète, qu'ils fixent à environ sept masses de Jupiter, moins que l'estimation de SPHERE d'environ 10 Leurs résultats aident également à déterminer le rayon de la planète, qui est 1.4 fois celui de Jupiter. Des modèles simples d'évolution planétaire ne peuvent pas facilement expliquer la combinaison de propriétés de ce monde ; Carter a noté que les nouvelles données précises permettront aux scientifiques de tester des modèles les uns contre les autres et de "renforcer notre compréhension".
Les caractéristiques de surface de HIP 65426 b ne sont pas visibles sur l'image, mais Biller a déclaré qu'il "ressemblerait probablement à des bandes" comme Jupiter, avec des ceintures causées par des variations de température et de composition, et pourrait avoir des taches dans son atmosphère causées par des tempêtes ou des vortex.
La planète géante est inhospitalière à la vie telle que nous la connaissons, mais elle représente une classe de grandes planètes sur lesquelles les scientifiques sont impatients d'en savoir plus. Jupiter probablement a joué un rôle clé à sculpter notre système solaire, permettant peut-être à la vie sur Terre de s'installer. "Ce serait bien de savoir si cela fonctionne dans d'autres systèmes solaires", a déclaré Macintosh.
Parce que JWST est tellement plus stable que prévu, les scientifiques disent qu'il devrait être capable de photographier des exoplanètes plus petites que prévu - peut-être aussi petites qu'un tiers de la masse de Jupiter. "Nous pourrions imaginer des choses comme Neptune et Uranus que nous n'avions jamais directement imaginées auparavant", a déclaré Emilie Rickman, astronome au Space Telescope Science Institute du Maryland, qui exploite le JWST.
Maintenant que le coronographe de JWST a réussi son essai routier, Hinkley pense que les astronomes feront la queue pour l'utiliser pour prendre des photos d'un autre monde. Il s'attend à en voir "certainement des dizaines" d'ici la fin de la durée de vie du télescope. "J'espère que c'est plutôt des centaines."
Jetant un coup d'œil dans les cieux lointains
En plus de la photo de l'exoplanète, l'équipe de Hinkley annoncera dans les prochains jours qu'elle a découvert un ensemble de molécules dans l'atmosphère d'une naine brune présumée – parfois appelée « étoile ratée » – en orbite autour d'une étoile compagne. Presque 20 fois plus lourd que Jupiter, l'objet a une masse juste en dessous du seuil où la fusion pourrait commencer dans son noyau.
À l'aide d'un instrument sur JWST qui sépare les fréquences de la lumière, un processus appelé spectroscopie, les scientifiques ont trouvé de l'eau, du méthane, du dioxyde de carbone et du sodium, tous révélés à un niveau de détail sans précédent. Ils ont également détecté des nuages de silice ressemblant à de la fumée dans l'atmosphère de la naine brune candidate, quelque chose qui avait déjà été évoqué dans de tels objets mais jamais établi. "Dans mon esprit, c'est le plus grand spectre jamais obtenu d'un compagnon sous-stellaire", a déclaré Hinkley. "Nous n'avons jamais rien vu de tel."
La découverte fait suite à une annonce de la semaine dernière, lorsqu'une autre équipe d'astronomes a signalé avoir utilisé JWST pour détecter le dioxyde de carbone dans une exoplanète géante appelée WASP-39 b située à 650 années-lumière de la Terre – la première fois que le gaz a été vu dans une exoplanète. Ils ont également repéré une molécule mystérieuse dans l'atmosphère. Cette même équipe étudie également deux autres mondes géants, avec des résultats attendus dans les mois à venir qui aideront à reconstituer une image presque complète de la composition atmosphérique de géantes gazeuses comme celles-ci. "C'est le pouvoir de James Webb", a déclaré Haricot Jacob, astronome à l'Université de Chicago et co-chef de l'équipe.
Les observations permettront également de constituer un "inventaire chimique" qui montrera ce que JWST pourrait détecter dans le ciel de petits mondes rocheux plus similaires à la Terre, a déclaré le chef d'équipe. Nathalie Batalha, astrophysicien à Santa Cruz. Elle a déclaré que l'équipe prévoyait de "pousser JWST à ses limites" dans leurs prochaines observations de géantes gazeuses, qui "nous diront ce que nous pouvons faire sur les planètes telluriques".
D'autres équipes mènent les premières observations JWST de TRAPPIST-1, une étoile naine rouge relativement proche en orbite autour de sept mondes rocheux de la taille de la Terre. Plusieurs de ces planètes se trouvent dans la zone habitable de l'étoile, où des conditions favorisant l'eau liquide et même la vie peuvent être possibles. Alors que JWST ne peut pas imager directement les planètes, la spectroscopie aidera à identifier les gaz dans leurs atmosphères – peut-être même des indices de gaz qui pourraient signifier une activité biologique. "Ce que nous voulons vraiment, c'est la Terre", a déclaré Macintosh.
