De nouvelles recherches menées par des astronomes de l'Université de Washington utilisent l'intrigant système planétaire TRAPPIST-1 comme une sorte de laboratoire pour modéliser et non les planètes elles-mêmes, mais comment le futur télescope spatial James Webb pourrait détecter et étudier leurs atmosphères, sur la voie de la recherche de la vie au-delà de la Terre.

L'étude, dirigé par Jacob Lustig-Yaeger, un doctorant UW en astronomie, constate que le télescope James Webb, lancement prévu en 2021, pourrait être en mesure d'apprendre des informations clés sur les atmosphères des mondes TRAPPIST-1 même dans sa première année de fonctionnement, à moins que, comme le dit une vieille chanson, les nuages ​​ne gênent.

"Le télescope Webb a été construit, et nous avons une idée de son fonctionnement, " a déclaré Lustig-Yaeger. " Nous avons utilisé la modélisation informatique pour déterminer la manière la plus efficace d'utiliser le télescope pour répondre à la question la plus fondamentale que nous voudrons poser, qui est :Y a-t-il même des atmosphères sur ces planètes, ou pas?"

Son papier, "La détectabilité et la caractérisation des atmosphères de l'exoplanète TRAPPIST-1 avec JWST, " a été publié en ligne en juin dans le Journal astronomique .

Le système TRAPPIST-1, 39 années-lumière, soit environ 235 billions de miles, dans la constellation du Verseau, intéresse les astronomes en raison de ses sept rochers en orbite, ou semblable à la Terre, planètes. Trois de ces mondes sont dans la zone habitable de l'étoile - cette bande d'espace autour d'une étoile qui est juste pour permettre à l'eau liquide à la surface d'une planète rocheuse, donnant ainsi une chance à la vie.

L'étoile, TRAPPISTE-1, était beaucoup plus chaud quand il s'est formé qu'il ne l'est maintenant, qui aurait soumis les sept planètes à l'océan, glace et la perte atmosphérique dans le passé.

"Il y a une grande question sur le terrain en ce moment si ces planètes ont même des atmosphères, en particulier les planètes les plus intimes, " Lustig-Yaeger a dit. " Une fois que nous avons confirmé qu'il y a des atmosphères, alors que pouvons-nous apprendre sur l'atmosphère de chaque planète, les molécules qui la composent ? »

Étant donné la façon dont il suggère que le télescope spatial James Webb pourrait rechercher, il pourrait apprendre beaucoup en assez peu de temps, ce papier trouve.

Les astronomes détectent les exoplanètes lorsqu'elles passent devant ou "transitent" leur étoile hôte, résultant en une gradation mesurable de la lumière des étoiles. Les planètes plus proches de leur étoile transitent plus fréquemment et sont donc un peu plus faciles à étudier. Quand une planète transite par son étoile, un peu de la lumière de l'étoile traverse l'atmosphère de la planète, avec lesquels les astronomes peuvent se renseigner sur la composition moléculaire de l'atmosphère.

Lustig-Yaeger a déclaré que les astronomes peuvent voir de minuscules différences dans la taille de la planète lorsqu'ils regardent dans différentes couleurs, ou longueurs d'onde, de la lumière.

"Cela se produit parce que les gaz de l'atmosphère de la planète n'absorbent la lumière qu'à des couleurs très spécifiques. Étant donné que chaque gaz a une "empreinte spectrale" unique, ' nous pouvons les identifier et commencer à reconstituer la composition de l'atmosphère de l'exoplanète."

Lustig-Yaeger a déclaré que la modélisation de l'équipe indique que le télescope James Webb, à l'aide d'un outil embarqué polyvalent appelé spectrographe proche infrarouge, pourrait détecter les atmosphères des sept planètes TRAPPIST-1 en 10 transits ou moins, si elles ont des atmosphères sans nuages. Et bien sûr, nous ne savons pas s'ils ont ou non des nuages.

Si les planètes TRAPPIST-1 sont épaisses, enveloppant globalement les nuages ​​comme le fait Vénus, la détection d'atmosphères peut prendre jusqu'à 30 transits.

"Mais cela reste un objectif réalisable, " dit-il. " Cela signifie que même dans le cas de nuages ​​réalistes à haute altitude, le télescope James Webb sera toujours capable de détecter la présence d'atmosphères, ce qui n'était pas connu avant notre article."

De nombreuses exoplanètes rocheuses ont été découvertes ces dernières années, mais les astronomes n'ont pas encore détecté leurs atmosphères. La modélisation dans cette étude, Lustig-Yaeger a dit, « démontre que, pour ce système TRAPPIST-1, la détection des atmosphères d'exoplanètes terrestres se profile à l'horizon avec le télescope spatial James Webb, peut-être bien avant sa mission principale de cinq ans."

L'équipe a découvert que le télescope Webb pourrait être capable de détecter des signes indiquant que les planètes TRAPPIST-1 ont perdu de grandes quantités d'eau dans le passé, quand l'étoile était beaucoup plus chaude. Cela pourrait laisser des cas où l'oxygène produit de manière abiotique - non représentatif de la vie - remplit une atmosphère d'exoplanète, ce qui pourrait donner une sorte de "faux positif" à vie. Si c'est le cas des planètes TRAPPIST-1, le télescope Webb pourrait également les détecter.

Les co-auteurs de Lustig-Yaeger, à la fois avec l'UW, sont le professeur d'astronomie Victoria Meadows, qui est également chercheur principal pour le Virtual Planetary Laboratory basé à UW ; et le doctorant en astronomie Andrew Lincowski. Le travail suit, en partie, sur les travaux antérieurs de Lincowski modélisant les climats possibles pour les sept mondes de TRAPPIST-1.

« En faisant cette étude, nous avons examiné :Quels sont les meilleurs scénarios pour le télescope spatial James Webb ? Que va-t-il être capable de faire ? Parce qu'il y aura certainement plus de planètes de la taille de la Terre découvertes avant son lancement en 2021. »

La recherche a été financée par une subvention de l'équipe du laboratoire planétaire virtuel du programme d'astrobiologie de la NASA, dans le cadre du réseau de coordination de la recherche Nexus for Exoplanet System Science (NExSS).

Lustig-Yaeger a ajouté :"Il est difficile de concevoir en théorie un système planétaire mieux adapté à James Webb que TRAPPIST-1."