JWST scrute l’atmosphère d’une exoplanète bombardée par un rayonnement stellaire

Cette semaine, des astronomes ont annoncé avoir trouvé des preuves de réactions chimiques dans l’atmosphère d’une exoplanète à 700 années-lumière de la Terre. Les chercheurs utilisant le télescope spatial James Webb ont créé un portrait chimique détaillé des gaz brûlants tourbillonnant autour de l’exoplanète WASP-39b. Cette planète “chaude Saturne” orbite extrêmement près de son étoile hôte, ce qui signifie qu’elle a des températures élevées allant jusqu’à 1 600 degrés Fahrenheit ou 900 degrés Celsius. Il est également gonflé, avec environ un quart de la masse de Jupiter mais 1,3 fois sa taille.

Les premières données sur WASP-39b ont été partagées cet été lorsque JWST a détecté du dioxyde de carbone dans son atmosphère – la première fois que ce gaz a été détecté sur une planète en dehors de notre système solaire. Maintenant, une image plus détaillée de son atmosphère a été peinte dans une série d’articles publiés récemment sur arXiv, dont trois ont été acceptés pour publication dans Nature et dont deux sont en cours d’examen, dans le cadre d’un programme conçu pour publier rapidement des observations. et les données fournies par le télescope aux scientifiques du monde entier. Les chercheurs ont utilisé trois des instruments de Webb, NIRSpec, NIRCam et NIRISS, pour collecter des informations de spectroscopie sur l’atmosphère de la planète.

“Nous avons observé l’exoplanète avec plusieurs instruments qui couvrent ensemble une large bande du spectre infrarouge et une panoplie d’empreintes chimiques inaccessibles jusqu’au JWST”, a déclaré l’une des chercheuses, Natalie Batalha de l’Université de Californie à Santa Cruz, dans un communiqué. “Des données comme celles-ci changent la donne.”

Au cours de la dernière décennie, les chercheurs en astronomie ont découvert une pléthore d’exoplanètes, ou planètes en dehors de notre système solaire. Avec plus de 5 000 exoplanètes confirmées à ce jour, l’enjeu est désormais de comprendre ces planètes plus en profondeur. Plus que la simple connaissance de la taille ou de la masse d’une exoplanète, la recherche de pointe se concentre désormais sur la connaissance de leurs atmosphères. Et des outils comme JWST permettent de voir ces atmosphères lointaines plus en détail que jamais.

Les instruments de JWST sont utilisés pour effectuer une technique appelée spectroscopie de transit. Ils observent la lumière provenant de l’étoile hôte lorsqu’elle traverse l’atmosphère de la planète. Cette lumière est divisée en différentes longueurs d’onde, et à partir de là, les chercheurs peuvent voir quelles longueurs d’onde ont été absorbées. Différents produits chimiques absorbent différentes longueurs d’onde de lumière, permettant aux chercheurs de déterminer la composition de l’atmosphère de la planète.

La recherche a révélé qu’il y avait du sodium, du potassium, du monoxyde de carbone et de la vapeur d’eau dans l’atmosphère, ce qui confirme les découvertes précédentes selon lesquelles le WASP-39b a de la vapeur d’eau dans son atmosphère. Mais il a également trouvé du dioxyde de soufre, la première fois que cette molécule a été détectée dans une atmosphère d’exoplanète. La découverte de ces molécules suggère un processus similaire à celui observé dans la couche d’ozone terrestre, car le dioxyde de soufre se forme à partir de réactions chimiques dans la haute atmosphère causées par la lumière de l’étoile hôte.

“C’est la première fois que nous voyons des preuves concrètes de la photochimie – des réactions chimiques initiées par la lumière stellaire énergétique – sur des exoplanètes”, a déclaré un autre des chercheurs, Shang-Min Tsai de l’Université d’Oxford. “Je vois cela comme une perspective vraiment prometteuse pour faire progresser notre compréhension des atmosphères d’exoplanètes avec [this mission].”

Avec WASP-39 b en orbite si près de son étoile hôte, à un huitième de la distance entre Mercure et le Soleil, son étude peut montrer comment le rayonnement des étoiles interagit avec les atmosphères planétaires. Si le rayonnement peut être nocif pour la vie (la Terre est protégée du rayonnement solaire par sa magnétosphère, sans laquelle la planète aurait pu être inhabitable), il peut également jouer un rôle important dans les réactions chimiques créant des molécules nécessaires au maintien d’une atmosphère habitable.

“Les planètes sont sculptées et transformées en orbite dans le bain de rayonnement de l’étoile hôte”, a déclaré Batalha. “Sur Terre, ces transformations permettent à la vie de prospérer.”