Cette illustration représente l’exoplanète WASP-39 b et son étoile. Crédit : Melissa Weiss/Centre d’astrophysique | Harvard et Smithsonien
Les nouvelles observations du télescope spatial Webb de WASP-39 b révèlent une molécule jamais vue auparavant dans l’atmosphère d’une planète – le dioxyde de soufre – entre autres détails.
Le réseau d’instruments très sensibles du télescope a été formé sur l’atmosphère de WASP-39 b, un «
” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute=””>Saturne[{“attribute=””>Saturn» situé à environ 700 années-lumière. Un Saturne chaud est un exoplanète qui est à peu près aussi massive que Saturne et orbite près d’une étoile de sorte qu’elle a des températures de surface-atmosphère élevées. Bien que Webb et d’autres télescopes spatiaux, dont Hubble et Spitzer, aient déjà révélé des ingrédients isolés de l’atmosphère de cette planète brûlante, les nouvelles lectures fournissent un menu complet d’atomes, de molécules et même de signes de chimie active et de nuages.
“La clarté des signaux d’un certain nombre de molécules différentes dans les données est remarquable”, déclare Mercedes López-Morales, astronome au Centre d’astrophysique | Harvard & Smithsonian et l’un des scientifiques qui ont contribué aux nouveaux résultats.
“Nous avions prédit que nous allions voir bon nombre de ces signaux, mais quand j’ai vu les données pour la première fois, j’étais impressionné”, ajoute López-Morales.
Les dernières données donnent également une idée de la façon dont ces nuages dans les exoplanètes pourraient ressembler de près: brisés plutôt qu’une seule couverture uniforme sur la planète.
Les résultats sont de bon augure pour la capacité de Webb à mener le large éventail d’enquêtes sur les exoplanètes – des planètes autour d’autres étoiles – que les scientifiques espéraient. Cela inclut sonder les atmosphères de planètes rocheuses plus petites comme celles du système TRAPPIST-1.
« Nous avons observé la
” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute=””>exoplanète[{“attribute=””>exoplanet avec plusieurs instruments qui, ensemble, fournissent une large bande du spectre infrarouge et une panoplie d’empreintes chimiques inaccessibles jusqu’à Webb », a déclaré Natalie Batalha, astronome à l’Université de Californie à Santa Cruz, qui a contribué et aidé à coordonner la nouvelle recherche. . “Des données comme celles-ci changent la donne.”
Les observations du télescope spatial Webb de WASP-39 b révèlent du dioxyde de soufre dans l’atmosphère. C’est la première fois que cela est détecté dans l’atmosphère d’une exoplanète. Crédit : Melissa Weiss/Centre d’astrophysique | Harvard et Smithsonien
La suite de découvertes est détaillée dans un ensemble de cinq nouveaux articles scientifiques soumis, disponibles sur le serveur de préimpression arXiv. Parmi les révélations sans précédent figure la première détection dans une atmosphère exoplanétaire de dioxyde de soufre, une molécule produite à partir de réactions chimiques déclenchées par la lumière à haute énergie de l’étoile mère de la planète. Sur Terre, la couche d’ozone protectrice dans la haute atmosphère est créée de la même manière.
“La détection surprenante de dioxyde de soufre confirme enfin que la photochimie façonne le climat des Saturnes chaudes”, déclare Diana Powell, une
” data-gt-translate-attributes=”[{“attribut=””>NASA[{“attribute=””>NASA Hubble Fellow, astronome au Centre d’astrophysique et membre central de l’équipe qui a fait la découverte du dioxyde de soufre. “Le climat de la Terre est également façonné par la photochimie, de sorte que notre planète a plus en commun avec les” Saturnes chaudes “que nous ne le savions auparavant!”
Jea Adams, étudiante diplômée à Harvard et chercheuse au Center for Astrophysics, a analysé les données qui ont confirmé le signal de dioxyde de soufre.
“En tant que chercheur en début de carrière dans le domaine des atmosphères d’exoplanètes, c’est tellement excitant de faire partie d’une détection comme celle-ci”, déclare Adams. “Le processus d’analyse de ces données était magique. Nous avons vu des indices de cette fonctionnalité dans les premières données, mais cet instrument de plus grande précision a clairement révélé la signature du SO2 et nous a aidés à résoudre le puzzle.
La composition atmosphérique de l’exoplanète géante à gaz chaud WASP-39 b a été révélée par le télescope spatial James Webb de la NASA. Ce graphique montre quatre spectres de transmission de trois des instruments de Webb fonctionnant dans quatre modes d’instrument. En haut à gauche, les données du NIRISS montrent des empreintes digitales de potassium (K), d’eau (H2O) et de monoxyde de carbone (CO). En haut à droite, les données de NIRCam montrent une signature d’eau proéminente. En bas à gauche, les données de NIRSpec indiquent l’eau, le dioxyde de soufre (SO2), le dioxyde de carbone (CO2) et le monoxyde de carbone (CO). En bas à droite, des données NIRSpec supplémentaires révèlent toutes ces molécules ainsi que le sodium (Na). Crédit : NASA, ESA, ASC, Joseph Olmsted (STScI)
À une température estimée à 1 600 degrés
” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute=””>Fahrenheit[{“attribute=””>Fahrenheit et une atmosphère composée principalement d’hydrogène, WASP-39 b ne serait pas habitable. L’exoplanète a été comparée à Saturne et
” data-gt-translate-attributes=”[{“attribut=””>Jupiter[{“attribute=””>Jupiter, avec une masse similaire à Saturne, mais une taille globale aussi grande que Jupiter. Mais les nouveaux travaux montrent la voie pour trouver des preuves de la vie potentielle sur une planète habitable.
La proximité de la planète avec son étoile hôte – huit fois plus proche que Mercure ne l’est de notre Soleil – en fait également un laboratoire pour étudier les effets du rayonnement des étoiles hôtes sur les exoplanètes. Une meilleure connaissance de la connexion étoile-planète devrait permettre de mieux comprendre comment ces processus créent la diversité des planètes observées dans la galaxie.
D’autres constituants atmosphériques détectés par Webb comprennent le sodium, le potassium et la vapeur d’eau, confirmant les observations précédentes de télescopes spatiaux et terrestres ainsi que la découverte de caractéristiques d’eau supplémentaires, à des longueurs d’onde plus longues, qui n’ont jamais été vues auparavant.
Webb a également vu le dioxyde de carbone à une résolution plus élevée, fournissant deux fois plus de données que celles rapportées lors de ses observations précédentes. Pendant ce temps, du monoxyde de carbone a été détecté, mais des signatures évidentes de méthane et de sulfure d’hydrogène étaient absentes des données. Si elles sont présentes, ces molécules se produisent à des niveaux très bas, une découverte importante pour les scientifiques qui font des inventaires de la chimie des exoplanètes afin de mieux comprendre la formation et le développement de ces mondes lointains.
Capturer un spectre aussi large de l’atmosphère de WASP-39 b était un tour de force scientifique, car une équipe internationale comptant par centaines a analysé indépendamment les données de quatre des modes d’instruments finement calibrés de Webb. Ils ont ensuite effectué des comparaisons détaillées de leurs découvertes, produisant des résultats encore plus nuancés sur le plan scientifique.
Webb voit l’univers en lumière infrarouge, à l’extrémité rouge du spectre lumineux au-delà de ce que les yeux humains peuvent voir ; qui permet au télescope de capter des empreintes chimiques qui ne peuvent pas être détectées en lumière visible.
Chacun des trois instruments a même une version du « IR » de l’infrarouge dans son nom : NIRSpec, NIRCam et NIRISS.
Pour voir la lumière de WASP-39 b, Webb a suivi la planète alors qu’elle passait devant son étoile, permettant à une partie de la lumière de l’étoile de filtrer à travers l’atmosphère de la planète. Différents types de produits chimiques dans l’atmosphère absorbent différentes couleurs du spectre de la lumière des étoiles, de sorte que les couleurs manquantes indiquent aux astronomes quelles molécules sont présentes.
En analysant si précisément l’atmosphère d’une exoplanète, les instruments Webb ont dépassé les attentes des scientifiques et promettent une nouvelle phase d’exploration parmi la grande variété d’exoplanètes de la galaxie.
López-Morales déclare : « J’ai hâte de voir ce que nous trouvons dans les atmosphères des petites planètes telluriques.
Pour plus d’informations sur ce sujet, voir Webb de la NASA révèle une exoplanète unique dans notre système solaire.
Référence : “Direct Evidence of Photochemistry in an Exoplanet Atmosphere” par Shang-Min Tsai, Elspeth KH Lee, Diana Powell, Peter Gao, Xi Zhang, Julianne Moses, Eric Hébrard, Olivia Venot, Vivien Parmentier, Sean Jordan, Renyu Hu, Munazza K. Alam, Lili Alderson, Natalie M. Batalha, Jacob L. Bean, Björn Benneke, Carver J. Bierson, Ryan P. Brady, Ludmila Carone, Aarynn L. Carter, Katy L. Chubb, Julie Inglis, Jérémy Leconte, Mercedes Lopez-Morales, Yamila Miguel, Karan Molaverdikhani, Zafar Rustamkulov, David K. Sing, Kevin B. Stevenson, Hannah R Wakeford, Jeehyun Yang, Keshav Aggarwal, Robin Baeyens, Saugata Barat, Miguel de Val Borro, Tansu Daylan, Jonathan J. Fortney, Kevin France, Jayesh M Goyal, David Grant, James Kirk, Laura Kreidberg, Amy Louca, Sarah E. Moran, Sagnick Mukherjee, Evert Nasedkin, Kazumasa Ohno, Benjamin V. Rackham, Seth Redfield, Jake Taylor, Pascal Tremblin, Channon Visscher, Nicole L. Wallack, Luis Welbanks, Allison Youngblood, Eva-Maria Ahrer, Natasha E. Batalha, Patrick Behr, Zachory K. Berta-Thompson, Jasmina Blecic, SL Casewell, Ian JM Crossfield, Nicolas Crouzet, Patricio E. Cubillos, Leen Decin, Jean-Michel Désert, Adina D. Feinstein, Neale P. Gibson, Joseph Harrington, Keivn Heng, Thomas Henning, Eliza M.-R. Kempton, Jessica Krick, Pierre-Olivier Lagage, Monika Lendl, Michael Line, Joshua D. Lothringer, Megan Mansfield, NJ Mayne, Thomas Mikal-Evans, Enric Palle, Everett Schlawin, Oliver Shorttle, Peter J. Wheatley et Sergei N. Yurchenko , 18 novembre 2022, Astrophysique > Astrophysique terrestre et planétaire.
arXiv:2211.10490
