Dans une démonstration remarquable de sa précision et de son exactitude, 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 (CO2) dans l’atmosphère d’une planète géante gazeuse qui orbite autour d’une étoile 700 semblable au Soleil. -à des années
Le résultat, publié dans La nature, fournit des informations importantes sur la composition et la formation des exoplanètes et témoigne de la capacité de James Webb pour détecter et mesurer le CO2 dans les atmosphères les plus fines des petites planètes rocheuses. Et au-delà des informations recueillies, 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 obtenu du temps d’observation au télescope dans le cadre du programme Science de la publication anticipéequi a été choisi pour recueillir certaines des premières données James Webb après le début de ses 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 plus grand que celui de Jupiter Son gonflement extrême est en partie lié à sa température élevée (autour de 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 seulement un huitième de la distance entre le Soleil et Mercure, et effectue une orbite terrestre en un peu plus de quatre jours. 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 (ce qui rend sa lumière généralement faible) et une partie traverse l’atmosphère de la planète. Étant donné que différents gaz absorbent différentes combinaisons de couleurs, les scientifiques peuvent analyser de petites différences de luminosité à différentes longueurs d’onde pour déterminer exactement de quoi est faite une atmosphère.
Avec sa combinaison d’une atmosphère gonflée et de transits fréquents, WASP-39b est une cible idéale pour la spectroscopie de transmission. L’équipe a utilisé le spectrographe proche infrarouge James Webb (NIRSpec) pour réaliser cette détection.
Première détection nette de CO2
Un spectre de transmission de l’exoplanète géante à gaz chaud WASP-39b capturé par le spectrographe proche infrarouge James-Webb (NIRSpec) le 10 juillet 2022 révèle la première preuve définitive de la présence de dioxyde de carbone sur une planète en dehors du système solaire.
Crédit : NASA/ESA/CSA/STScI
Ce que l’équipe a vu était très impressionnant. Un signal majeur, 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 trouvée sur une planète en dehors du système solaire.
“J’ai été absolument époustouflé”, a déclaré Björn Benneke, professeur de physique à l’UdeM et membre de l’équipe responsable de l’étude des exoplanètes en transit, qui a travaillé à la conception du programme d’observation et à l’analyse des données NIRSpec avec ses étudiants diplômés. Louis-Philippe Coulombe, Caroline Piaulet, Michael Radica et Pierre-Alexis Roy, ainsi que le chercheur postdoctoral Jake Taylor.
Björn Benneke, professeur à l’Université de Montréal et chercheur 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.
Crédit : Amélie Philibert
“Nous avons analysé les données ici à Montréal et nous avons vu cette énorme signature de dioxyde de carbone – 26 fois plus forte que n’importe quel bruit dans les données. Avant James Webb, nous avons souvent dû fouiller dans le bruit, mais ici nous avions une signature parfaitement définie. C’est comme voir quelque chose clairement de ses propres yeux », a poursuivi le professeur.
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 déterminer l’abondance de gaz tels que la vapeur d’eau et le méthane, ainsi que le CO2, qui pourraient exister dans de nombreux types d’exoplanètes.
“La détection d’un signal de dioxyde de carbone aussi clair dans WASP-39 b est de bon augure pour l’avenir, à savoir la caractérisation des atmosphères de planètes plus petites et de la taille de la Terre”, a déclaré Natalie Batalha, chercheuse principale du programme.
“Sur Terre, a ajouté Björn Benneke, le dioxyde de carbone joue un rôle extrêmement important dans notre climat et nous sommes habitués à voir ses signatures spectroscopiques. Maintenant, nous voyons la même signature partout. Maintenant, nous pouvons dire que ces exoplanètes sont des mondes aussi réels que la Terre et les planètes de notre système solaire.
A propos de cette découverte
L’étude, “Identification du dioxyde de carbone dans une atmosphère d’exoplanète”, par l’équipe scientifique JWST Transiting Exoplanet Community Early Release, a déjà été publiée en ligne sur le site arXiv le 25 août 2022 et sera publiée le 1er septembre 2022. La nature.
À propos de l’iREx
L’Institut de recherche sur les exoplanètes (iREx) réunit des chercheurs expérimentés et leurs étudiants pour tirer le meilleur parti des grands projets d’observation en cours et à venir, dans le but ultime de trouver la vie ailleurs. L’Institut se consacre à l’exploration de nouveaux mondes et à la recherche de vie sur d’autres planètes.