Le télescope spatial James Webb de la NASA a capturé la première preuve claire de dioxyde de carbone dans l’atmosphère d’une planète en dehors du système solaire.
Cette illustration montre à quoi pourrait ressembler l’exoplanète WASP-39 b, sur la base des connaissances actuelles de la planète. Crédit image : NASA, ESA, ASC, Joseph Olmsted (STScI)
Cette observation d’une planète géante gazeuse en orbite autour d’une étoile semblable au Soleil à 700 années-lumière fournit des informations importantes sur la composition et la formation de la planète.
La découverte, qui a impliqué des universitaires de l’Université de Bristol et est acceptée pour publication dans la revue La natureindique également la capacité unique de Webb à détecter et à mesurer le dioxyde de carbone dans les atmosphères plus minces de planètes rocheuses plus petites.
WASP-39 b est une géante de gaz chaud avec une masse d’environ un quart de celle de Jupiter (à peu près la même que celle de Saturne) et un diamètre 1,3 fois plus grand que Jupiter.
Son gonflement extrême est lié en partie à sa température élevée (environ 1 600 degrés Fahrenheit ou 900 degrés Celsius). Contrairement aux géantes gazeuses plus froides et plus compactes de notre système solaire, WASP-39 b orbite très près de son étoile – seulement environ un huitième de la distance entre le Soleil et Mercure – effectuant un circuit en un peu plus de quatre jours terrestres.
La découverte de la planète, rapportée en 2011, a été faite sur la base de détections au sol de l’atténuation subtile et périodique de la lumière de son étoile hôte en tant que planète transitsou passe devant l’étoile.
Les observations précédentes d’autres télescopes, y compris ceux de la NASA Hubble et Spitzer télescopes spatiaux, ont révélé la présence de vapeur d’eau, de sodium et de potassium dans l’atmosphère de la planète. La sensibilité infrarouge inégalée de Webb a confirmé la présence de dioxyde de carbone sur cette planète.
Les planètes en transit comme WASP-39 b, dont nous observons les orbites par la tranche plutôt que par le haut, peuvent offrir aux chercheurs des opportunités idéales pour sonder les atmosphères planétaires. Lors d’un transit, une partie de la lumière des étoiles est complètement éclipsée par la planète (provoquant la gradation globale) et une partie est transmise à travers l’atmosphère de la planète.
Étant donné que différents gaz absorbent différentes combinaisons de couleurs, les chercheurs peuvent analyser de petites différences de luminosité de la lumière transmise sur un spectre de longueurs d’onde pour déterminer exactement de quoi est faite une atmosphère. Avec sa combinaison d’atmosphère gonflée et de transits fréquents, WASP-39 b est une cible idéale pour spectroscopie en transmission.
L’équipe de recherche a utilisé Webb’s Spectrographe proche infrarouge (NIRSpec) pour ses observations de WASP-39 b. Dans le spectre résultant de l’atmosphère de l’exoplanète, une petite colline entre 4,1 et 4,6 microns présente la première preuve claire et détaillée de dioxyde de carbone jamais détectée sur une planète en dehors du système solaire.
Zafar Rustamkulov, étudiant diplômé de l’Université Johns Hopkins et membre de l’équipe JWST Transiting Exoplanet Community Early Release Science, qui a entrepris cette enquête, a déclaré: «Dès que les données sont apparues sur mon écran, l’énorme fonction de dioxyde de carbone m’a attrapé. Ce fut un moment spécial, franchissant un seuil important dans les sciences des exoplanètes. »
Aucun observatoire n’a jamais mesuré des différences aussi subtiles dans la luminosité de tant de couleurs individuelles dans la gamme de 3 à 5,5 microns dans un spectre de transmission d’exoplanète auparavant. L’accès à cette partie du spectre est crucial pour mesurer l’abondance de gaz comme l’eau, le méthane et le dioxyde de carbone, dont on pense qu’ils existent dans de nombreux différents types d’exoplanètes.
Natalie Batalha de l’Université de Californie à Santa Cruz, qui dirige l’équipe, a ajouté : « La détection d’un signal aussi clair de dioxyde de carbone sur WASP-39 b est de bon augure pour la détection d’atmosphères sur des planètes plus petites de taille terrestre. »
Comprendre la composition de l’atmosphère d’une planète est important car cela nous apprend quelque chose sur l’origine de la planète et son évolution.
Mike Line de l’Arizona State University, un autre membre de l’équipe de recherche, a déclaré : « Les molécules de dioxyde de carbone sont des traceurs sensibles de l’histoire de la formation des planètes.
« En mesurant cette caractéristique de dioxyde de carbone, nous pouvons déterminer la quantité de matière solide par rapport à la quantité de matière gazeuse qui a été utilisée pour former cette planète géante gazeuse. Au cours de la prochaine décennie, JWST effectuera cette mesure pour une variété de planètes, donnant un aperçu des détails de la formation des planètes et du caractère unique de notre propre système solaire.
Dre Hannah Wakefordde l’Université de Bristol École de physique, faisait partie de l’équipe académique impliquée dans la découverte. Elle a déclaré: «Ce travail a été un grand effort de collaboration avec des centaines de scientifiques du monde entier. Je suis impliqué dans le projet depuis 2016, et voir tout cela se mettre en place et avoir aidé à coordonner la science et la collaboration a été incroyable.
« Les observations avec Hubble et Spitzer de WASP-39b ont révélé la présence de sodium, de potassium et de vapeur d’eau dans son atmosphère avec seulement des indices de CO2 potentiel. Nous avons appris plus que jamais de cet ensemble de données et cela a posé de nombreuses questions sur la formation de la planète, avec une abondance d’éléments lourds prévue beaucoup plus élevée que prévu.
« Nous pensions que nous savions ce que nous allions voir avec JWST, et nous avions raison, mais je ne pense pas que nous y croyions vraiment jusqu’à ce que nous ayons vu la qualité exquise des données JWST et que la fonction d’absorption de CO2 saute juste hors du page. Ce fut un beau moment de voir les nouvelles données comparées à quelque chose que j’avais prédit en 2018 et pour une exoplanète sur laquelle je travaille depuis mon doctorat. Maintenant, je travaille avec mes propres doctorants sur les données JWST pour cette planète et la boucle est bouclée.
Cette observation de prisme NIRspec de WASP-39 b n’est qu’une partie d’une plus grande enquête qui comprend des observations de la planète à l’aide de plusieurs instruments Webb et des observations de deux autres planètes en transit. L’enquête, qui fait partie du Science de la publication anticipée programme, a été conçu pour fournir à la communauté de recherche sur les exoplanètes des données Webb solides dès que possible.
Vivien Parmentier, co-chercheur de l’Université d’Oxford, a déclaré: «L’objectif est d’analyser rapidement les observations de Early Release Science et de développer des outils open source à utiliser par la communauté scientifique. Cela permet des contributions dans le monde entier et garantit que la meilleure science possible sortira des prochaines décennies d’observations.
Natasha Batalha, co-auteur de l’article du centre de recherche Ames de la NASA, a ajouté: « Les principes directeurs de la science ouverte de la NASA sont centrés sur notre travail Early Release Science, soutenant un processus scientifique inclusif, transparent et collaboratif. »
La source: Université de Bristol
