Signes de CO2 dans une planète au-delà de notre système solaire – Systeme.io


Montrant à quel point il peut être précis, le télescope spatial James Webb détecte la première signature définitive de dioxyde de carbone dans une atmosphère d’exoplanète.

Dans une démonstration remarquable de sa précision et de son exactitude, le télescope spatial James Webb (JWST), une collaboration entre la NASA, l’Agence spatiale européenne et l’Agence spatiale canadienne, a capturé des preuves définitives de la présence de dioxyde de carbone dans l’atmosphère d’une planète géante gazeuse en orbite autour d’une étoile semblable au Soleil à 700 années-lumière.

Le résultat, qui est accepté pour publication dans La nature, fournit des informations importantes sur la composition et la formation de l’exoplanète et indique la capacité de Webb à détecter et à mesurer le dioxyde de carbone dans les atmosphères plus minces des petites planètes rocheuses. Et au-delà de cela, une meilleure compréhension de ces exoplanètes pourrait conduire à la découverte de mondes susceptibles d’abriter une vie extraterrestre.

L’équipe qui a fait la découverte a obtenu du temps sur le télescope grâce à un programme Early Release Science, qui a été choisi pour collecter certaines des premières données de Webb après le début de ses opérations scientifiques fin juin.

Dirigée par Natalie Batalha de l’Université de Californie à Santa Cruz, l’équipe comprend des astronomes du monde entier, dont Björn Benneke de l’Université de Montréal, également membre de l’Institut de recherche sur les exoplanètes (iREx).

La cible du programme d’observation, WASP-39 b, est une planète géante à 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 900°C). 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 – complétant une orbite 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 lorsque la planète transite ou passe devant l’étoile.

Lors d’un transit, une partie de la lumière des étoiles est complètement bloquée par la planète (causant la gradation globale) et une partie traverse 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’une atmosphère gonflée et de transits fréquents, WASP-39 b est une cible idéale pour la spectroscopie en transmission. L’équipe a utilisé Webb (NIRSpec) pour effectuer cette détection.

Première détection claire de CO2

Un spectre de transmission de l’exoplanète géante à gaz chaud WASP-39 b capturé par Webb’s (NIRSpec) le 10 juillet 2022, révèle la première preuve définitive de dioxyde de carbone sur une planète en dehors du système solaire. (Crédit : NASA/ESA/CSA/L. Hustak/J. Olmsted/STScI)

Ce que l’équipe de découverte a vu était extrêmement impressionnant. Un signal significatif – une caractéristique d’absorption – a été détecté à des longueurs d’onde comprises entre 4,1 et 4,6 microns dans l’infrarouge. C’est la première preuve claire, détaillée et incontestable de dioxyde de carbone jamais détectée sur une planète en dehors du système solaire.

« J’ai été absolument époustouflé », a déclaré Benneke, professeur de physique à l’UdeM et membre de l’équipe des exoplanètes en transit, qui a travaillé à la conception du programme d’observation et à l’analyse des données NIRSpec avec les étudiants diplômés de l’UdeM Louis-Philippe Coulombe, Caroline Piaulet , Michael Radica et Pierre-Alexis Roy et le chercheur postdoctoral Jake Taylor.

« Nous avons analysé les données ici à Montréal et avons vu cette énorme signature de dioxyde de carbone : 26 fois plus forte que n’importe quel bruit dans les données. Avant JWST, nous creusions souvent dans le bruit, mais ici nous avions une signature parfaitement robuste. C’est comme voir quelque chose clairement de ses propres yeux.

Björn Benneke, professeur à l’Université de Montréal et à l’iREx, est un membre clé de l’équipe qui a découvert la première signature définitive de dioxyde de carbone dans l’atmosphère d’une exoplanète. (Crédit : A. Philibert/UdeM)

Aucun observatoire n’a jamais mesuré de telles différences subtiles dans la luminosité de tant de couleurs infrarouges individuelles dans un spectre de transmission d’exoplanète auparavant. L’accès à cette partie du spectre, de 3 à 5,5 microns, est crucial pour mesurer l’abondance de gaz comme l’eau et le méthane, ainsi que le dioxyde de carbone, dont on pense qu’ils existent dans de nombreux types d’exoplanètes.

« 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 et de taille terrestre », a déclaré Batalha, chercheur principal du programme.

« Sur Terre », a ajouté Benneke, « le dioxyde de carbone joue un rôle si important pour notre climat, et nous sommes habitués à voir ses signatures spectroscopiques ici. Maintenant, nous voyons cette signature sur un monde lointain. Cela fait vraiment comprendre le message que ces exoplanètes sont des mondes réels : aussi réels que la Terre et les planètes de notre système solaire.

Le télescope spatial James Webb est le premier observatoire scientifique spatial au monde. Webb résoudra les mystères de notre système solaire, regardera au-delà des mondes lointains autour d’autres étoiles et sondera les structures et les origines mystérieuses de notre univers et notre place dans celui-ci. Webb est un programme international mené par la NASA avec ses partenaires, l’ESA (Agence spatiale européenne) et l’Agence spatiale canadienne.

À propos de cette étude

« Identification du dioxyde de carbone dans une atmosphère d’exoplanète,» par l’équipe scientifique JWST Transiting Exoplanet Community Early Release, a été publié en ligne sur arXiv aujourd’hui et sera publié le 2 septembre 2022 dans La nature.

Pour plus d’informations

Contact scientifique

Björn Benneke
Professeur
Institut de recherche sur les exoplanètes, Université de Montréal
Courriel : bjorn.benneke@umontreal.ca
Tél : 514-578-2716

Personne-ressource pour les médias

Nathalie Ouellette
Scientifique de la sensibilisation Webb
Institut de recherche sur les exoplanètes, Université de Montréal
Courriel : nathalie.ouellette.2@umontreal.ca
Tél : 613-531-1762

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