En avril 2018, La NASA a lancé le Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS). Son objectif principal est de localiser des planètes de la taille de la Terre et des "super-Terres" plus grandes en orbite autour d'étoiles proches pour une étude plus approfondie. L'un des outils les plus puissants qui examinera l'atmosphère de certaines planètes que TESS découvrira sera le télescope spatial James Webb de la NASA. Étant donné que l'observation de petites exoplanètes avec des atmosphères minces comme la Terre sera un défi pour Webb, les astronomes cibleront plus facilement, exoplanètes géantes gazeuses en premier.

Certaines des premières observations de Webb sur des exoplanètes géantes gazeuses seront menées dans le cadre du programme de science à libération anticipée discrétionnaire du directeur. L'équipe du projet d'exoplanètes en transit au centre des opérations scientifiques de Webb prévoit de mener trois types d'observations différents qui fourniront à la fois de nouvelles connaissances scientifiques et une meilleure compréhension des performances des instruments scientifiques de Webb.

"Nous avons deux objectifs principaux. Le premier est de faire transiter les ensembles de données d'exoplanètes de Webb à la communauté astronomique dès que possible. Le second est de faire de la grande science pour que les astronomes et le public puissent voir à quel point cet observatoire est puissant, " a déclaré Jacob Bean de l'Université de Chicago, un co-chercheur principal sur le projet d'exoplanète en transit.

"L'objectif de notre équipe est de fournir à la communauté astronomique des connaissances et des informations essentielles qui aideront à catalyser la recherche sur les exoplanètes et à tirer le meilleur parti de Webb dans le temps limité dont nous disposons, " a ajouté Natalie Batalha du NASA Ames Research Center, le chercheur principal du projet.

Transit—Un spectre atmosphérique

Quand une planète passe devant, ou transits, son étoile hôte, la lumière de l'étoile est filtrée à travers l'atmosphère de la planète. Les molécules présentes dans l'atmosphère absorbent certaines longueurs d'onde, ou couleurs, de la lumière. En divisant la lumière de l'étoile en un spectre arc-en-ciel, les astronomes peuvent détecter ces sections de lumière manquante et déterminer quelles molécules se trouvent dans l'atmosphère de la planète.

Pour ces remarques, l'équipe du projet a sélectionné WASP-79b, une planète de la taille de Jupiter située à environ 780 années-lumière de la Terre. L'équipe espère détecter et mesurer les abondances d'eau, monoxyde de carbone, et le dioxyde de carbone dans WASP-79b. Webb pourrait également détecter de nouvelles molécules encore inconnues dans les atmosphères des exoplanètes.

Courbe de phase—Une carte météorologique

Les planètes qui orbitent très près de leurs étoiles ont tendance à se bloquer en raison de la marée. Un côté de la planète fait en permanence face à l'étoile tandis que l'autre côté est tourné vers l'extérieur, tout comme un côté de la Lune fait toujours face à la Terre. Quand la planète est devant l'étoile, nous voyons son dos plus frais. Mais comme il orbite autour de l'étoile, de plus en plus de la journée chaude est visible. En observant une orbite entière, les astronomes peuvent observer ces variations (appelées courbe de phase) et utiliser les données pour cartographier la température de la planète, des nuages, et la chimie en fonction de la longitude.

L'équipe observera une courbe de phase du "Jupiter chaud" connu sous le nom de WASP-43b, qui orbite autour de son étoile en moins de 20 heures. En regardant différentes longueurs d'onde de la lumière, ils peuvent échantillonner l'atmosphère à différentes profondeurs et obtenir une image plus complète de sa structure. "Nous avons déjà vu des variations dramatiques et inattendues pour cette planète avec Hubble et Spitzer. Avec Webb, nous révélerons ces variations de manière beaucoup plus détaillée pour comprendre les processus physiques qui en sont responsables, " dit Haricot.

Eclipse :la lueur d'une planète

Le plus grand défi lors de l'observation d'une exoplanète est que la lumière de l'étoile est beaucoup plus brillante, inondant la faible lumière de la planète. Pour contourner ce problème, une méthode consiste à observer une planète en transit lorsqu'elle disparaît derrière l'étoile, pas quand il passe devant l'étoile. En comparant les deux mesures, une prise lorsque l'étoile et la planète sont visibles, et l'autre quand seule l'étoile est en vue, les astronomes peuvent calculer la quantité de lumière provenant de la seule planète.

Cette technique fonctionne mieux pour les planètes très chaudes qui brillent de mille feux dans la lumière infrarouge. L'équipe prévoit d'étudier WASP-18b, une planète qui est cuite à une température de près de 4, 800 degrés Fahrenheit (2, 900K). Entre autres questions, ils espèrent déterminer si la stratosphère de la planète existe en raison de la présence d'oxyde de titane, oxyde de vanadium, ou une autre molécule.

Planètes habitables

Finalement, les astronomes veulent utiliser Webb pour étudier des planètes potentiellement habitables. En particulier, Webb ciblera les planètes en orbite autour d'étoiles naines rouges car ces étoiles sont plus petites et plus sombres, ce qui facilite la détection du signal d'une planète en orbite. Les naines rouges sont également les étoiles les plus communes de notre galaxie.

"TESS devrait localiser plus d'une douzaine de planètes en orbite dans les zones habitables des naines rouges, dont quelques-uns pourraient être habitables. Nous voulons savoir si ces planètes ont des atmosphères et Webb sera celui qui nous le dira, " a déclaré Kevin Stevenson du Space Telescope Science Institute, un co-chercheur principal sur le projet. "Les résultats contribueront grandement à répondre à la question de savoir si les conditions favorables à la vie sont courantes dans notre galaxie."