Le télescope James-Webb révèle une planète qui n'a pas la même apparence de tous les côtés !

Les premières exoplanètes découvertes autour d’une étoile sur la séquence principale, comme c'est le cas du Soleil, étaient cependant des géantes gazeuses surchauffées qui avaient migré pour se retrouver très proches de leur étoile hôte. Au cours des 30 années qui ont suivi, les astrophysiciens ont affiné leurs techniques pour étudier les exoplanètes en plus de disposer d'outils de plus en plus puissants pour cela, comme l'est aujourd'hui le télescope spatial James-Webb, le JWST.

Comment comprendre facilement les exoplanètes et la vie ailleurs grâce à une websérie

L'accès aux sciences, aussi bien pour le grand public que pour les autodidactes courageux, ne cesse de se développer depuis deux décennies. Tout un chacun peut ainsi se former à la connaissance fascinante du monde des exoplanètes, découvrir comment on les détecte et bien d'autres choses encore à leur sujet, comme le montre une playlist du CEA.... Lire la suite

Une des techniques initialement utilisées pour découvrir une exoplanète est de détecter une baisse périodique et d'intensité constante dans la courbe de lumière d'une étoile, comme disent les chercheurs. En clair, il s'agit de l'apparition périodique d'un creux dans la courbe de la luminosité de l'étoile en raison d'un passage répété d'une exoplanète devant cette étoile, c'est-à-dire à l'occasion d'un transit planétaire.

Une cartographie par transit

Lors d'un tel transit, il est aussi possible d'avoir des renseignements sur la composition de l'atmosphère de l'exoplanète, comme l'explique la vidéo ci-dessous. En effet, cette composition peut se lire dans les lignes spectrales de la lumière provenant de l'étoile et traversant l'atmosphère de l'exoplanète au niveau de ce que l'on appelle son limbe (c'est le bord apparent et lumineux du disque d'un astre). C'est cette dernière technique qui vient d'être affinée et employée avec le JWST.

Comme le montre un article publié dans Nature Astronomy, il a ainsi été possible pour la première fois d'observer indirectement la forme d'une exoplanète, plus précisément celle d'une Jupiter chaude bien connue des astronomes et orbitant autour d'une étoile située à environ 1 300 années-lumière de la Terre : WASP-17b. C'est une géante gazeuse particulièrement dilatée, dont le rayon atteint environ 1,9 fois celui de Jupiter, pour une masse équivalente à seulement la moitié de celle de cette planète. Sa température d'équilibre avoisine 1 760 K.

Le télescope James-Webb révèle des nuages de quartz dans l'atmosphère d'une exoplanète

C’est la première fois que du quartz est identifié dans l'atmosphère d'une exoplanète et c'est le télescope James-Webb qui a permis cette découverte, qui est aussi la première d'une espèce nuageuse spécifique identifiée dans une exoplanète à l'occasion de transits.... Lire la suite

L'article expose un travail de recherche mené conjointement par l'Université Cornell, aux États-Unis, et l'université de Bristol, au Royaume-Uni, la première application d'une méthode novatrice appelée en anglais transit mapping (« cartographie par transit »), développée à Bristol par les astrophysiciens David Grant et Hannah Wakeford.

Hannah Wakeford et Lili Alderson, chercheuses en astrophysique à l’Université de Bristol, ont collaboré il y a quelques années déjà avec le programme international « Transiting Exoplanet Community Early Release Science » pour analyser les données issues du plus grand télescope spatial : le JWST. En étudiant l’atmosphère de l’exoplanète WASP-39 b (une « Saturne chaude »), elles ont contribué à établir un profil moléculaire et chimique du ciel de ce monde lointain. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © University of Bristol

Une théorie couronnée de succès

L'auteure principale de l'étude, Lili Alderson, chercheuse postdoctorale Klarman à l'université Cornell et qui avait commencé ses recherches à l'Université de Bristol, explique dans un communiqué de cette université : « C'est une démonstration de faisabilité qui montre que les planètes sont bel et bien des objets tridimensionnels et que, lorsqu'elles tournent autour de leur étoile, les phénomènes que nous prévoyons se produisent effectivement. Mais passer des simulations numériques à leur observation réelle constitue une tout autre étape. »

Hannah Wakeford, coauteure de l'étude et professeure associée d'astrophysique à l'université de Bristol, y ajoute : « Les planètes sont capricieuses, leurs atmosphères complexes et chaotiques. Le fait que toutes ces données concordent et nous révèlent une représentation aussi structurée et dynamique de ce monde géant situé à plus de 1 000 années-lumière est véritablement passionnant. »

La structure de l’atmosphère de WASP-17b a été cartographiée à l’aide de spectres de transmission. La planète est dotée d’un vaste courant-jet zonal au niveau de l’équateur, caractérisé par des vents d’une grande intensité qui transportent de la matière et de la chaleur depuis la face diurne – exposée en permanence au rayonnement – vers la face nocturne, plongée dans une obscurité perpétuelle. L’atmosphère située au-dessus de l’équateur, au niveau du limbe du soir (à gauche), est chaude, car elle provient de la face diurne de la planète ; à l’inverse, l’atmosphère située sur la droite s’est refroidie en traversant la face nocturne, avant de revenir vers la face diurne en franchissant le limbe du matin. © Engine House et Hannah Wakeford

Les planétologues ont ainsi découvert que l'atmosphère de WASP-17b est asymétrique : elle est davantage dilatée du côté soir que du côté matin.

Cette différence s'explique par la circulation de vents puissants qui transportent la chaleur depuis la face perpétuellement éclairée de la planète vers sa face nocturne. Les températures plus élevées du côté soir entraînent une expansion locale de l'atmosphère, conformément aux prédictions des modèles de circulation atmosphérique tridimensionnels.

« La théorie prévoit une importante différence de température entre les côtés matin et soir, et WASP-17b correspond remarquablement bien à cette tendance. Les résultats sont presque exactement conformes à nos prédictions », précise Lili Alderson.

WASP-17b passant devant son étoile, ce qui permet de révéler la forme de son atmosphère absorbante grâce aux observations du télescope spatial James-Webb (JWST). Le côté rouge, chaud et étendu, correspond à du gaz transporté depuis la face diurne – exposée en permanence au rayonnement – vers le limbe vespéral (le bord correspondant au crépuscule) de la planète ; le côté bleu, plus froid, est moins étendu, car le gaz s'est refroidi en traversant la face nocturne avant d'être transporté vers le limbe matinal (le bord correspondant à l'aube). © Engine House et Hannah Wakeford