Les astronomes ont glané certaines des meilleures données à ce jour sur la composition d'une planète connue sous le nom de HR 8799c, une jeune planète gazeuse géante environ 7 fois la masse de Jupiter qui orbite autour de son étoile tous les 200 ans.

L'équipe a utilisé une instrumentation de pointe à l'observatoire W. M. Keck de Maunakea, Hawaï pour confirmer l'existence d'eau dans l'atmosphère de la planète, ainsi qu'un manque de méthane.

Alors que d'autres chercheurs avaient déjà effectué des mesures similaires de cette planète, ces nouveaux, des données plus robustes démontrent la puissance de combiner la spectroscopie haute résolution avec une technique connue sous le nom d'optique adaptative, qui corrige l'effet de flou de l'atmosphère terrestre.

"Ce type de technologie est exactement ce que nous voulons utiliser à l'avenir pour rechercher des signes de vie sur une planète semblable à la Terre. Nous n'en sommes pas encore là mais nous avançons, " dit Dimitri Mawet, professeur agrégé d'astronomie au Caltech et chercheur au JPL, que Caltech gère pour la NASA.

Mawet est co-auteur d'un nouvel article sur les résultats publiés aujourd'hui dans le Journal astronomique . L'auteur principal est Ji Wang, anciennement chercheur postdoctoral à Caltech et maintenant professeur adjoint à l'Ohio State University.

Prendre des photos de planètes en orbite autour d'autres étoiles, les exoplanètes, est une tâche formidable. La lumière des étoiles hôtes surpasse de loin les planètes, les rendant difficiles à voir.

Plus d'une douzaine d'exoplanètes ont été imagées directement jusqu'à présent, dont HR 8799c et trois de ses compagnons planétaires. En réalité, Le HR 8799 est le seul système multi-planètes à être photographié. Découvert en utilisant l'optique adaptative sur le télescope Keck II, les images directes de HR8799 sont les toutes premières d'un système planétaire en orbite autour d'une étoile autre que notre soleil.

Une fois l'image obtenue, les astronomes peuvent utiliser des instruments, appelés spectromètres, briser la lumière de la planète, comme un prisme transformant la lumière du soleil en arc-en-ciel, révélant ainsi les empreintes digitales des produits chimiques. Jusque là, cette stratégie a été utilisée pour en savoir plus sur les atmosphères de plusieurs exoplanètes géantes.

L'étape suivante consiste à faire la même chose uniquement pour les petites planètes qui sont plus proches de leurs étoiles (plus une planète est proche de son étoile et plus sa taille est petite, plus c'est difficile à voir).

Le but ultime est de rechercher des produits chimiques dans l'atmosphère des planètes semblables à la Terre qui orbitent dans la "zone habitable" de l'étoile, y compris toute biosignature qui pourrait indiquer la vie, comme l'eau, oxygène, et le méthane.

Le groupe de Mawet espère faire exactement cela avec un instrument sur le prochain télescope de trente mètres, un télescope géant étant prévu pour la fin des années 2020 par plusieurs partenaires nationaux et internationaux, dont Caltech.

Mais pour l'instant, les scientifiques perfectionnent leur technique à l'aide de l'observatoire Keck - et, Dans le processus, apprendre les compositions et la dynamique des planètes géantes.

"À l'heure actuelle, avec Keck, nous pouvons déjà en apprendre davantage sur la physique et la dynamique de ces planètes exotiques géantes, qui ne ressemblent en rien à nos propres planètes du système solaire, " dit Wang.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont utilisé un instrument sur le télescope Keck II appelé NIRSPEC (spectrographe d'échelle cryogénique proche infrarouge), a high-resolution spectrometer that works in infrared light.

They coupled the instrument with Keck Observatory's powerful adaptive optics, a method for creating crisper pictures using a guide star in the sky as a means to measure and correct the blurring turbulence of Earth's atmosphere.

This is the first time the technique has been demonstrated on directly imaged planets using what's known as the L-band, a type of infrared light with a wavelength of around 3.5 micrometers, and a region of the spectrum with many detailed chemical fingerprints.

"The L-band has gone largely overlooked before because the sky is brighter at this wavelength, " says Mawet. "If you were an alien with eyes tuned to the L-band, you'd see an extremely bright sky. It's hard to see exoplanets through this veil."

The researchers say that the addition of adaptive optics made the L-band more accessible for the study of the planet HR 8799c. Dans leur étude, they made the most precise measurements yet of the atmospheric constituents of the planet, confirming it has water and lacks methane as previously thought.

"We are now more certain about the lack of methane in this planet, " says Wang. "This may be due to mixing in the planet's atmosphere. The methane, which we would expect to be there on the surface, could be diluted if the process of convection is bringing up deeper layers of the planet that don't have methane."

The L-band is also good for making measurements of a planet's carbon-to-oxygen ratio—a tracer of where and how a planet forms. Planets form out of swirling disks of material around stars, specifically from a mix of hydrogen, oxygène, and carbon-rich molecules, comme l'eau, monoxyde de carbone, and methane.

These molecules freeze out of the planet-forming disks at different distances from the star—at boundaries called snowlines. By measuring a planet's carbon-to-oxygen ratio, astronomers can thus learn about its origins.

Mawet's team is now gearing up to turn on their newest instrument at Keck Observatory, called the Keck Planet Imager and Characterizer (KPIC). It will also use adaptive optics-aided high-resolution spectroscopy but can see planets that are fainter than HR 8799c and closer to their stars.

"KPIC is a springboard to our future Thirty Meter Telescope instrument, " says Mawet. "For now, we are learning a great deal about the myriad ways in which planets in our universe form."