Un futur observatoire spatial pourrait utiliser des exo-éclipses pour détecter les populations d'exomoon.
Si vous êtes comme nous, vous êtes encore en train de sortir de l'euphorie céleste qu'a provoquée l'éclipse solaire totale du mois dernier. Le spectacle de la Lune masquant le Soleil a également fourni aux astronomes des opportunités scientifiques uniques dans le passé, de la découverte de l'hélium à la preuve de la relativité générale. Désormais, les éclipses dans les systèmes exoplanétaires éloignés pourraient aider à la chasse aux exomoons insaisissables.
Une étude récente de l'Université du Michigan en partenariat avec Johns Hopkins APL et le Département de physique et le Kavli Institute for Astrophysics and Space Research du Massachusetts Institute of Technology intitulée "Exomoons &Exorings with the Habitable Worlds Observatory I:On the Detection des ombres et éclipses analogiques Terre-Lune", publié sur arXiv serveur de préimpression, cherche à utiliser une future mission pour rechercher des éclipses, des transits et des occultations dans des systèmes distants.
"HWO sera probablement capable de détecter les ex-lunes en utilisant diverses méthodes de détection, contrairement aux observatoires existants", a déclaré Mary Anne Limbach (Université du Michigan), auteur principal de l'étude, à Universe Today. "Dans un système où nous détectons une exo-lune via une exo-éclipse, nous pourrions être en mesure d'observer d'autres signatures, telles que la lumière de la lune dans le spectre de lumière réfléchi combiné de la lune et de la planète."
Le projet d'Observatoire des mondes habitables (HWO) est dérivé du concept LUVOIR-B (Large Ultraviolet Optical and Infrared explorer). Cela a été souligné dans l’enquête décennale Astro2020 pour l’astronomie spatiale. HWO travaillerait à partir du point de Lagrange Soleil-Terre L2 (le domicile actuel d'Euclide et de JWST) et se lancerait sur un SLS ou un Falcon Heavy au milieu des années 2030.
HWO utiliserait un « bouclier stellaire » en vol libre, lui permettant d'observer directement les exoplanètes en orbite autour des étoiles. Mais ce qui séduit vraiment les observateurs, c'est l'idée de voir de grandes lunes en orbite autour de ces planètes. Jusqu’à présent, les allégations de détections d’exomoon telles que Kepler-1625b et Kepler-1708b sont restées insaisissables. Cependant, si ces lunes orbitent le long de leurs plans écliptiques respectifs, nous verrions des baisses de luminosité révélatrices lorsque ces lunes passent dans l'ombre de la planète, puis projeteraient leur ombre sur l'hôte primaire.
En astronomie, nous appelons ce modèle de transit d’éclipse une série d’événements mutuels, lorsqu’un corps passe devant un autre. Dans notre propre système solaire, Jupiter en est un excellent exemple. La Terre et la Lune connaissent des événements similaires deux fois par an pendant ce que l'on appelle les saisons des éclipses.
"La mission principale de HWO est de rechercher des signatures de vie sur des planètes en orbite autour d'autres étoiles. Pour y parvenir, HWO devra observer de nombreux systèmes stellaires proches, parfois pendant plusieurs jours à la fois", explique Limbach.
"Au cours de ces observations, HWO mesurera la lumière réfléchie par les planètes directement imagées dans le système. Si une exo-éclipse (ou un transit) se produit pendant cette période, nous observerions beaucoup moins de lumière provenant de la planète pendant l'éclipse (jusqu'à environ 30% de moins pour un analogue Terre-Lune, selon la phase orbitale)."
Nous avons déjà une idée de ce à quoi pourrait ressembler une « exo-éclipse » ou un événement de transit vu de loin. En 2008, la NASA a réutilisé le vaisseau spatial Deep Impact pour ce qui était connu sous le nom d'EPOXI (une combinaison de deux acronymes :les missions Deep Impact Extended Investigation et Extrasolar Planet Observation and Characterization). En regardant le système Terre-Lune, EPOXI a observé une série de transits. Cela donne aux chercheurs une idée de ce à quoi pourrait ressembler un tel événement.
L'Observatoire des mondes habitables fonctionnerait dans le proche infrarouge, une bande dans laquelle les grandes lunes pourraient éclipser leurs mondes hôtes. Avec un système analogique Terre-Lune, HWO devrait voir 2 à 20 événements mutuels à une distance de 10 parsecs. Des événements de géantes gazeuses plus importants pourraient être détectables jusqu'à 20 parsecs.
"Étant donné que plusieurs méthodes de détection des exomoons seront disponibles pour HWO et que nous prévoyons que celles-ci faciliteront la détection des exomounes, HWO pourrait être capable de révéler des informations générales sur les exomounes en tant que population, telles que la fréquence ou la rareté des grandes lunes autour des planètes semblables à la Terre. ou les circonstances physiques dans lesquelles les exomoons sont facilement trouvées", explique Jacob Lustig-Yager (Université de Washington). "Si HWO est capable de détecter de nombreuses exomoons, cela pourrait alors ouvrir la porte à de telles études de population à l'avenir."
Certes, la détection des exolunes via les exo-éclipses qu’elles produisent sera difficile. Cela représentera l’avant-garde de ce dont même l’Observatoire des mondes habitables est capable. Cette méthode devra également composer avec de faux signaux. Ceux-ci incluent d'éventuels "exo-anneaux" et même la variabilité météorologique et la rotation modifiant l'albédo ou la luminosité globale du primaire hôte.
Du côté positif, les chercheurs notent que les systèmes plus jeunes devraient produire davantage d’événements mutuels. Pensez au système Terre-Lune au début de son histoire, lorsque la Lune a été arrachée pour la première fois de la Terre et était beaucoup plus proche. Cette lune primordiale aurait dominé le ciel, produisant de nombreuses éclipses.
"Le prochain aspect que nous étudions est la détectabilité spectroscopique des lunes "semblables à la Terre" en orbite autour de planètes géantes gazeuses dans la zone habitable", explique Limbach. "Bien que de telles lunes aient souvent été photographiées dans la culture populaire (par exemple Endor et Pandora), HWO pourrait être le premier observatoire capable de les détecter et de les caractériser, si elles existent."
En fin de compte, les méthodes décrites pourraient conduire à la détection d'une population entière d'exolunes, ce qui nous permettrait de dire avec une certaine autorité à quel point elles sont communes dans le cosmos.
