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Montrant à quel point il peut être précis, le télescope spatial James Webb détecte la première signature définitive de dioxyde de carbone dans l’atmosphère d’une exoplanète.
Illustration montrant à quoi pourrait ressembler l’exoplanète WASP-39b, basée sur les connaissances actuelles de la planète. (Crédit : NASA/ESA/CSA/J. Olmsted) Dans une démonstration remarquable de son exactitude et de sa précision, le télescope spatial James Webb (JWST), une collaboration entre la NASA, l’Agence spatiale européenne et l’Agence spatiale canadienne, a capturé des preuves définitives de la présence de dioxyde de carbone dans l’atmosphère d’un géant planète gazeuse en orbite autour d’une étoile semblable au Soleil à 700 années-lumière. Le résultat, qui paraîtra bientôt dans Nature, fournit des informations importantes sur la composition et la formation des exoplanètes et démontre la capacité de Webb à détecter et à mesurer le dioxyde de carbone dans les atmosphères plus minces de petites planètes rocheuses. Et au-delà, une meilleure compréhension de ces exoplanètes pourrait permettre de trouver des mondes susceptibles d’héberger une vie extraterrestre. L’équipe qui a fait la découverte a passé du temps au télescope dans le cadre d’un programme Early Release Science, choisi pour collecter certaines des premières données de Webb après le début des opérations scientifiques fin juin. Dirigée par Natalie Batalha de l’Université de Californie à Santa Cruz, l’équipe comprend des astronomes du monde entier, dont Björn Benneke de l’Université de Montréal, qui est également membre de l’Institut de recherche sur les exoplanètes (iREx). La cible du programme d’observation, WASP-39 b, est une planète géante à gaz chaud avec une masse d’environ un quart de celle de Jupiter (à peu près la même que Saturne) et un diamètre 1,3 fois celui de Jupiter. Son gonflement extrême est en partie lié à sa température élevée (environ 900°C). Contrairement aux géantes gazeuses plus froides et plus compactes de notre système solaire, WASP-39 b orbite très près de son étoile – à peine un huitième de la distance entre le Soleil et Mercure – et complète une orbite en un peu plus de quatre jours terrestres. La découverte de la planète, rapportée en 2011, était basée sur des détections au sol de l’atténuation subtile et périodique de la lumière de son étoile hôte lorsque la planète transite ou passe devant l’étoile. Lors d’un transit, une partie de la lumière de l’étoile est complètement bloquée par la planète (provoquant une gradation globale) et une autre partie traverse l’atmosphère de la planète. Étant donné que différents gaz absorbent différentes combinaisons de couleurs, les chercheurs peuvent analyser de petites différences dans la luminosité de la lumière transmise à travers différentes longueurs d’onde pour déterminer exactement de quoi est faite une atmosphère. Avec la combinaison de son atmosphère gonflée et de ses transits fréquents, WASP-39b est une cible idéale pour la spectroscopie en transmission. L’équipe a utilisé le spectromètre proche infrarouge de Webb (NIRSpec) pour effectuer cette détection.

Première détection nette de CO2

Un spectre de transmission de l’exoplanète géante à gaz chaud WASP-39 b capturé par le Webb Near Infrared Spectrometer (NIRSpec) le 10 juillet 2022, révèle la première preuve définitive de la présence de dioxyde de carbone sur une planète du système solaire externe. (Crédit : NASA/ESA/CSA/L. Hustak/J. Olmsted/STScI) Ce que l’équipe de découverte a vu était extrêmement impressionnant. Un signal significatif – une raie d’absorption – a été détecté à des longueurs d’onde comprises entre 4,1 et 4,6 microns dans l’infrarouge. C’est la première preuve claire, détaillée et indiscutable de la présence de dioxyde de carbone jamais détectée sur une planète en dehors du système solaire. “J’ai été complètement surpris”, a déclaré Benneke, professeur de physique à l’UdeM et membre de l’équipe Exoplanètes en transit, qui a travaillé sur la conception du programme d’observation et l’analyse des données. NIRSpec avec les étudiants diplômés de l’UdeM Louis-Philippe Coulombe, Caroline Piaulet, Michael Radica et Pierre-Alexis Roy ainsi que le chercheur postdoctoral Jake Taylor. « Nous avons analysé les données ici à Montréal et avons vu cette énorme signature de dioxyde de carbone : 26 fois plus forte que n’importe quel bruit dans les données. Avant JWST, nous devions souvent creuser dans le bruit, mais ici nous avions une signature parfaitement robuste. C’est comme voir quelque chose clairement de vos propres yeux. » Björn Benneke, professeur à l’Université de Montréal et à l’iREx, est un membre clé de l’équipe qui a découvert la première signature définitive du dioxyde de carbone dans l’atmosphère d’une exoplanète. (Avec l’aimable autorisation d’Amélie Philibert) Aucun observatoire n’a jamais mesuré des différences aussi subtiles dans la luminosité de tant de couleurs infrarouges individuelles dans le spectre de transmission d’une exoplanète. L’accès à cette partie du spectre, de 3 à 5,5 microns, est crucial pour mesurer l’abondance de gaz tels que l’eau et le méthane, ainsi que le dioxyde de carbone, dont on pense qu’ils existent dans de nombreux types d’exoplanètes. “La détection d’un signal de dioxyde de carbone aussi clair dans WASP-39 est de bon augure pour la détection d’atmosphères sur des planètes plus petites de la taille de la Terre”, a déclaré Batalha, chercheur principal du programme. “Sur Terre”, a ajouté Benneke, “le dioxyde de carbone joue un rôle si important dans notre climat, et nous sommes habitués à voir ses signatures spectroscopiques ici.” Maintenant, nous voyons cette signature sur un monde lointain. Cela envoie vraiment le message que ces exoplanètes sont des mondes réels : aussi réels que la Terre et les planètes de notre système solaire. » Le télescope spatial James Webb est le plus grand observatoire scientifique spatial au monde. Webb résoudra les mystères de notre système solaire, scrutera au-delà des mondes lointains autour d’autres étoiles et explorera les structures et les origines mystérieuses de notre univers et notre place dans celui-ci. Webb est un programme international piloté par la NASA avec ses partenaires l’ESA (Agence Spatiale Européenne) et l’Agence Spatiale Canadienne. À propos de cette étude L’étude, “Identification du dioxyde de carbone dans une atmosphère d’exoplanète”, par l’équipe scientifique JWST Transiting Exoplanet Community Early Release, a été publiée en ligne sur arXiv aujourd’hui et sera publiée le 1er septembre 2022 dans Nature. Pour plus d’informations Communiqué de presse NASA/STScIArticle scientifique pré-publié sur arXiv Contacts scientifiques Björn Benneke Professeur Institut de recherche sur les exoplanètes, Université de Montréal Courriel : [email protected]él : 514-578-2716 Contact média Nathalie Ouellette Scientifique en communications au télescope Webb au Canada, Institut de recherche sur les exoplanètes, Université de Montréal Courriel : [email protected]él : 613-531-1762

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