Pour la première fois, des astronomes ont trouvé des preuves sans ambiguïté de dioxyde de carbone dans l'atmosphère d'une exoplanète (une planète en dehors de notre système solaire).

La découverte, acceptée pour publication dans Nature et mis en ligne le 25 août, démontre la puissance du télescope spatial James Webb (JWST) pour fournir des observations sans précédent des atmosphères d'exoplanètes.

Natalie Batalha, professeur d'astronomie et d'astrophysique à l'UC Santa Cruz, dirige l'équipe d'astronomes qui a effectué la détection, en utilisant JWST pour observer une planète de masse Saturne appelée WASP-39b qui orbite très près d'une étoile semblable au soleil à environ 700 lumière- ans de la Terre.

"Des observations précédentes de cette planète avec Hubble et Spitzer nous avaient donné des indices alléchants que du dioxyde de carbone pourrait être présent", a déclaré Batalha. "Les données de JWST ont montré une caractéristique de dioxyde de carbone sans équivoque qui était si importante qu'elle nous criait pratiquement dessus."

Le dioxyde de carbone est un composant important de l'atmosphère des planètes de notre système solaire, que l'on trouve sur des planètes rocheuses comme Mars et Vénus ainsi que sur des géantes gazeuses comme Jupiter et Saturne. Pour les chercheurs sur les exoplanètes, il est important à la fois en tant que gaz qu'ils sont susceptibles de détecter sur de petites planètes rocheuses et en tant qu'indicateur de l'abondance globale d'éléments lourds dans les atmosphères des planètes géantes.

"Le dioxyde de carbone est en fait un bâton de mesure très sensible - le meilleur que nous ayons - pour les éléments lourds dans les atmosphères des planètes géantes, donc le fait que nous puissions le voir si clairement est vraiment génial", a déclaré le co-auteur Jonathan Fortney, professeur d'astronomie et d'astrophysique. à l'UCSC et directeur de l'Other Worlds Laboratory.

Les étoiles et les planètes géantes gazeuses sont constituées principalement des éléments les plus légers, l'hydrogène et l'hélium, mais l'abondance d'éléments plus lourds - ce que les astronomes appellent la "métallicité" - est un facteur critique dans la formation des planètes, a expliqué Fortney.

"La capacité de déterminer la quantité d'éléments lourds dans une planète est essentielle pour comprendre comment elle s'est formée, et nous pourrons utiliser ce bâton de mesure du dioxyde de carbone pour tout un tas d'exoplanètes afin de développer une compréhension globale de la composition des planètes géantes. ", dit-il.

L'équipe de Batalha a observé WASP-39b dans le cadre d'un programme JWST Early Release Science pour étudier les exoplanètes en transit. Une planète en transit passe devant son étoile vue de la Terre, ce qui permet aux astronomes d'analyser la lumière des étoiles qui traverse l'atmosphère de la planète, où des gaz comme le dioxyde de carbone absorbent certaines longueurs d'onde de lumière.

En utilisant le spectrographe proche infrarouge (NIRSpec) sur JWST, l'équipe a obtenu un "spectre de transmission" haute résolution montrant la lumière transmise à travers l'atmosphère de WASP-39b séparée en ses longueurs d'onde composantes. Batalha a déclaré que les données ont fourni des "courbes de lumière exquises" et ont montré que l'instrument NIRSpec dépasse les attentes en matière de spectroscopie de transmission. Cela augure bien pour les observations de petites planètes rocheuses, qui devraient contenir du dioxyde de carbone dans leur atmosphère (lorsqu'elles ont des atmosphères), mais ne donneront pas un signal aussi fort qu'une planète géante comme WASP-39b.

"Cette détection servira de référence utile de ce que nous pouvons faire pour détecter le dioxyde de carbone sur les planètes terrestres à l'avenir", a déclaré Batalha. "C'est le gaz atmosphérique le plus susceptible d'être détecté avec JWST dans les atmosphères d'exoplanètes de taille terrestre."

En plus du dioxyde de carbone, les chercheurs ont détecté une autre caractéristique intéressante dans le spectre de WASP-39b qu'ils n'ont pas encore identifiée. "C'est une fonctionnalité mystérieuse pour l'instant", a déclaré Batalha. "Dans cet article, nous nous sommes concentrés sur une gamme étroite de couleurs infrarouges. Il ne s'agit que d'un aperçu des fonctionnalités que nous nous attendons à voir dans le spectre complet."

Fortney a noté que WASP-39b semble avoir une composition similaire à Saturne. La métallicité de Saturne est 10 fois celle du soleil, et WASP-39b semble également être enrichi en éléments lourds d'environ 10 fois par rapport au soleil.

"C'est super intéressant, et nous aimerions savoir si toutes les planètes de masse de Saturne ont la même métallicité", a-t-il déclaré. "C'était excitant de voir cela dans un autre système, car nous ne savions pas à quoi nous attendre lorsque nous sommes passés des planètes de notre système solaire aux atmosphères d'exoplanètes."

Située dans la constellation de la Vierge, WASP-39b est plus de 20 fois plus proche de son étoile que la Terre ne l'est du soleil. Bien qu'elle ait à peu près la même masse que Saturne, elle est moins dense et environ 50% plus grande, probablement en raison du réchauffement dû à sa proximité avec son étoile hôte. Les observations précédentes ont montré qu'il avait un ciel relativement clair, ce qui en fait une bonne cible pour la spectroscopie de transmission.

Lorsque les premières données du JWST ont été publiées en juillet, les chercheurs sur les exoplanètes de l'UCSC accueillaient 45 astronomes en visite pour le programme d'été annuel sur les exoplanètes du laboratoire Other Worlds. "Nous étions tous blottis autour de l'ordinateur portable pour jeter un premier coup d'œil au spectre et nous en émerveiller", a déclaré Batalha. "C'est un sentiment formidable, presque euphorique, de voir quelque chose pour la première fois qu'aucun autre humain n'a vu auparavant - c'est ce qu'est la science." + Explorer plus loin

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