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C’est une grande première pour le télescope James-Webb : le début de la cartographie de la température d’une exoplanète, en l’occurrence celle de la Jupiter ultra-chaude WASP-18 b. En bonus, il a découvert dans son atmosphère des traces de molécules d’eau auparavant difficilement détectables pour cet astre.
On le sait, on attend beaucoup du télescope spatial James-Webb dans le domaine des exoplanètes et plus exactement dans l’étude de leur atmosphère. En considérant la nature comme un vaste laboratoire naturel effectuant des millions d’expériences différentes pour nous en changeant les paramètres décrivant ces exoplanètes, on espère comprendre aussi celles du Système solaire et à quel point lui et notre Planète bleue sont rares — ou pas — dans la Voie lactée.
Une centaine d’astronomes publie aujourd’hui un article dans Nature (une version en accès libre se trouve sur arXiv) au sujet de l’étude avec le JWST de WASP-18b. On peut la qualifier de Jupiter ultra-chaude puisque cette exoplanète est une géante gazeuse qui orbite autour d’une étoile de type F en moins d’un jour (23 heures) avec une atmosphère dont la température peut s’élever à presque 2 700 °C. Avec une masse d’environ 10 fois celle de Jupiter, elle a été découverte en 2009 dans le cadre de la campagne de détection d’exoplanètes par la méthode du transit appelée Recherche grand angle pour les planètes (WASP) et qui fait intervenir des télescopes automatisés.
WASP-18 b est si proche de son étoile que les forces de marée la conduisent à être en rotation synchrone, comme la Lune autour de la Terre, et présentant donc toujours la même face à son étoile. Les lois de la mécanique céleste montrent qu’elle finira en raison de ses mêmes forces par s’écraser sur WASP-18. Comme elle est située à environ 400 années-lumière du Système solaire, c’est une bonne cible pour le JWST.
Un spectre révélateur de l’origine de l’exoplanète
Les astrophysiciens ont observé WASP-18 b pendant environ six heures avec l’un des instruments de JWST, le Imageur proche infrarouge et spectrographe sans fente (NIRISS), fourni par l’Agence spatiale canadienne. Cela leur a permis de détecter la présence de molécules d’eau dans l’atmosphère, ce qui est remarquable parce qu’avec sa température de presque 3 000 kelvins, ces molécules sont largement dissociées, ce qui montre à quel point les instruments du JWST sont sensibles, ce qui est de bon augure pour le futur proche.
Dans le communiqué de la Nasa au sujet de cette découverte Louis-Philippe Coulombeétudiant diplômé à l’Université de Montréal et auteur principal de l’article sur WASP-18 b dans Nature explique :
« C’était une sensation formidable de regarder le spectre JWST de WASP-18 b pour la première fois et de voir la signature subtile mais précisément déterminée de l’eau. Avec de telles mesures, nous pourrons détecter de telles molécules pour un large éventail de planètes dans les années à venir ! En analysant le spectre de WASP-18b, nous en apprenons non seulement sur les différentes molécules que l’on peut trouver dans son atmosphère mais aussi sur la façon dont elle est née. Nous constatons d’après nos observations que la composition de WASP-18 b est très similaire à celle de son étoile, ce qui signifie qu’elle s’est très probablement formée à partir du gaz restant qui était présent juste après la naissance de l’étoile. Ces résultats sont très précieux pour avoir une image claire de la façon dont des planètes étranges comme WASP-18 b, qui n’ont pas d’équivalent dans notre système solaire, ont vu le jour ».
Une animation montrant les transits de l’exoplanète. 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 ». © Nasa Solar System
Des vents canalisés par un champ magnétique ?
Mais les scientifiques ont fait mieux et c’est une grande première avec le télescope James-Webb. Ils sont parvenus à voir des différences de température entre les faces diurne et nocturne de WASP-18 b, ébauchant donc un carte de la température de l’atmosphère de l’exoplanète.
Pour cela, ils se sont appuyés sur le fait qu’en plus du transit classique, lorsque l’exoplanète passe entre son étoile et le JWST, il y a un transit secondaire qui se traduit lui aussi par une baisse de luminosité, un creux dans la courbe de lumière du système, et c’est tout simplement lorsque WASP-18 b passe derrière son soleil.
Comme l’explique le communiqué de la Nasa, on peut en déduire que la carte de température exhibe un brutal et important changement de température lorsque l’on traverse le terminateur, la frontière entre l’ombre et la lumière, entre les deux hémisphères de l’exoplanète : 1 000 degrés !
« JWST nous donne la sensibilité nécessaire pour créer des cartes beaucoup plus détaillées des planètes géantes chaudes comme WASP-18 b que jamais auparavant. C’est la première fois qu’une planète est cartographiée avec JWST, et c’est vraiment excitant de voir qu’une partie de ce que nos modèles ont prédit, comme une forte baisse de température loin du point de la planète directement face à l’étoile, est réellement vue dans les données ! » y déclare Megan Mansfield de l’Université de l’Arizona, l’une des auteurs de l’article de Nature.
Toutefois, le saut de température entre les deux faces est si grand qu’un mécanisme doit entraver le processus de répartition de la chaleur via des vents entre les deux hémisphères. Il est possible que ce soit la présence d’un fort champ magnétique généré par l’exoplanète. Il forcerait les vents à souffler de l’équateur de la planète vers le pôle nord et vers le pôle sud, au lieu d’est en ouest, comme on s’y attendrait autrement.
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