Crédit :NASA, ESA, CSA et STScI
Le télescope spatial James Webb de la NASA a capturé la signature distincte de l'eau, ainsi que des preuves de nuages et de brume, dans l'atmosphère entourant une planète géante gazeuse chaude et gonflée en orbite autour d'une étoile lointaine semblable au Soleil.
L'observation, qui révèle la présence de molécules de gaz spécifiques basées sur de minuscules diminutions de la luminosité de couleurs précises de la lumière, est la plus détaillée du genre à ce jour, démontrant la capacité sans précédent de Webb à analyser des atmosphères à des centaines d'années-lumière.
Alors que le télescope spatial Hubble a analysé de nombreuses atmosphères d'exoplanètes au cours des deux dernières décennies, capturant la première détection claire d'eau en 2013, l'observation immédiate et plus détaillée de Webb marque un pas de géant dans la quête pour caractériser les planètes potentiellement habitables au-delà de la Terre.
WASP-96 b est l'une des plus de 5 000 exoplanètes confirmées dans la Voie lactée. Située à environ 1 150 années-lumière dans la constellation du ciel méridional Phoenix, elle représente un type de géante gazeuse qui n'a pas d'analogue direct dans notre système solaire. Avec une masse inférieure à la moitié de celle de Jupiter et un diamètre 1,2 fois plus grand, WASP-96 b est beaucoup plus gonflée que n'importe quelle planète en orbite autour de notre Soleil. Et avec une température supérieure à 1000°F, il fait nettement plus chaud. WASP-96 b orbite extrêmement près de son étoile semblable au Soleil, à seulement un neuvième de la distance entre Mercure et le Soleil, effectuant un circuit tous les 3½ jours terrestres.
La combinaison d'une grande taille, d'une courte période orbitale, d'une atmosphère gonflée et d'un manque de lumière contaminante provenant d'objets à proximité dans le ciel fait de WASP-96 b une cible idéale pour les observations atmosphériques.
Le 21 juin, l'imageur proche infrarouge et le spectrographe sans fente (NIRISS) de Webb ont mesuré la lumière du système WASP-96 pendant 6,4 heures alors que la planète se déplaçait à travers l'étoile. Le résultat est une courbe de lumière montrant la gradation globale de la lumière des étoiles pendant le transit, et un spectre de transmission révélant le changement de luminosité des longueurs d'onde individuelles de la lumière infrarouge entre 0,6 et 2,8 microns.
Alors que la courbe de lumière confirme les propriétés de la planète qui avaient déjà été déterminées à partir d'autres observations - l'existence, la taille et l'orbite de la planète - le spectre de transmission révèle des détails jusque-là cachés de l'atmosphère :la signature sans ambiguïté de l'eau, des indications de brume, et des preuves de nuages dont on pensait qu'ils n'existaient pas sur la base d'observations antérieures.
Un spectre de transmission est créé en comparant la lumière des étoiles filtrée à travers l'atmosphère d'une planète lorsqu'elle se déplace à travers l'étoile à la lumière des étoiles non filtrée détectée lorsque la planète est à côté de l'étoile. Les chercheurs sont capables de détecter et de mesurer les abondances de gaz clés dans l'atmosphère d'une planète sur la base du modèle d'absorption - les emplacements et les hauteurs des pics sur le graphique. De la même manière que les gens ont des empreintes digitales et des séquences d'ADN distinctes, les atomes et les molécules ont des modèles caractéristiques de longueurs d'onde qu'ils absorbent.
Le spectre de WASP-96 b capturé par NIRISS est non seulement le spectre de transmission proche infrarouge le plus détaillé d'une atmosphère d'exoplanète capturé à ce jour, mais il couvre également une gamme remarquablement large de longueurs d'onde, y compris la lumière rouge visible et une partie du spectre. qui n'était pas accessible auparavant depuis d'autres télescopes (longueurs d'onde supérieures à 1,6 microns). Cette partie du spectre est particulièrement sensible à l'eau ainsi qu'à d'autres molécules clés comme l'oxygène, le méthane et le dioxyde de carbone, qui ne sont pas immédiatement évidentes dans le spectre WASP-96 b mais qui devraient être détectables dans d'autres exoplanètes prévues pour l'observation par Webb .
Les chercheurs pourront utiliser le spectre pour mesurer la quantité de vapeur d'eau dans l'atmosphère, limiter l'abondance de divers éléments comme le carbone et l'oxygène et estimer la température de l'atmosphère avec la profondeur. Ils peuvent ensuite utiliser ces informations pour faire des déductions sur la composition globale de la planète, ainsi que sur comment, quand et où elle s'est formée. La ligne bleue sur le graphique est un modèle le mieux adapté qui prend en compte les données, les propriétés connues de WASP-96 b et de son étoile (par exemple, la taille, la masse, la température) et les caractéristiques supposées de l'atmosphère.
Le détail et la clarté exceptionnels de ces mesures sont possibles grâce à la conception de pointe de Webb. Son miroir doré de 270 pieds carrés capte efficacement la lumière infrarouge. Ses spectrographes de précision diffusent la lumière en arcs-en-ciel de milliers de couleurs infrarouges. Et ses détecteurs infrarouges sensibles mesurent des différences de luminosité extrêmement subtiles. NIRISS est capable de détecter des différences de couleur d'environ un millième de micron seulement (la différence entre le vert et le jaune est d'environ 50 microns) et des différences de luminosité entre ces couleurs de quelques centaines de parties par million.
De plus, l'extrême stabilité de Webb et sa position orbitale autour du point de Lagrange 2 à environ un million de kilomètres des effets contaminants de l'atmosphère terrestre permettent une vue ininterrompue et des données propres qui peuvent être analysées relativement rapidement.
Le spectre extraordinairement détaillé - réalisé en analysant simultanément 280 spectres individuels capturés au cours de l'observation - ne donne qu'un aperçu de ce que Webb a en réserve pour la recherche sur les exoplanètes. Au cours de l'année à venir, les chercheurs utiliseront la spectroscopie pour analyser les surfaces et les atmosphères de plusieurs dizaines d'exoplanètes, des petites planètes rocheuses aux géantes riches en gaz et en glace. Près d'un quart du temps d'observation du cycle 1 de Webb est consacré à l'étude des exoplanètes et des matériaux qui les composent.
Cette observation NIRISS démontre que Webb a le pouvoir de caractériser les atmosphères des exoplanètes, y compris celles des planètes potentiellement habitables, avec des détails exquis. L'instrument NIRISS de Webb est prêt à voir le cosmos dans plus de 2 000 couleurs infrarouges
