Exoplanètes : ce que verra la NASA avec le télescope Webb

Exoplanètes : ce que verra la NASA avec le télescope Webb

Alors que le télescope spatial James Webb de la NASA tourne son regard sur une sélection de plus de 5 000 mondes nouveaux et étranges dont l’existence a été confirmée dans notre galaxie, les scientifiques commenceront à brosser un tableau plus complet de leur « vie », de la naissance à la mort.

Jusqu’à présent, les scientifiques ont découvert que les exoplanètes, des planètes situées au-delà de notre système solaire, existent dans une grande variété de tailles et de types. Webb, avec sa capacité à révéler des détails inédits de l’univers à l’aide de la lumière infrarouge, résoudra probablement des débats de plusieurs décennies sur la formation et la mort des planètes.

À des millions de kilomètres de distance, l’observatoire mesurera la composition des atmosphères d’exoplanètes et sondera leur structure en trois dimensions. Et cela pourrait commencer à nous donner une meilleure image des planètes comme la nôtre : des mondes petits, rocheux, potentiellement habitables, et ce qu’il faut pour les fabriquer.

“Nous sommes sur le point d’exploser nos connaissances sur les atmosphères des exoplanètes”, a déclaré Johanna Teske, scientifique à la Carnegie Institution de Washington, qui co-dirige une équipe d’observation Webb avec Natasha Batalha au Ames Research Center. dans le nord. Californie.

“Nous saurons plus que leur masse ou leur taille, et juste qu’ils existent”, a déclaré Teske. “On commence à pouvoir déplacer la loupe.”

En regardant vers les pépinières planétaires, les planètes juvéniles

Une grande question pour les astronomes : comment se forment les planètes ? Webb utilisera l’un de ses instruments les plus sensibles, le Mid-Infrared Instrument (MIRI), pour examiner les disques de gaz et de poussière tourbillonnant autour des jeunes étoiles.

Les scientifiques veulent comprendre pourquoi ces disques semblent avoir des anneaux et des lacunes, explique Charles Beichman, directeur exécutif de l’Exoplanet Science Institute de la NASA à Caltech et acteur clé de plusieurs programmes d’observation Webb. “Est-ce que les planètes en train de se former ouvrent ces brèches ?” il demande.

Beichman et d’autres chercheurs rechercheront également des restes poussiéreux de formation de planètes dans des systèmes lointains pour voir s’ils ressemblent à notre propre ceinture de Kuiper, aux essaims de comètes possibles dans notre système solaire externe ou à la ceinture d’astéroïdes entre Mars et Jupiter.

Plusieurs programmes se concentreront sur les jeunes planètes à haute température qui se refroidissent et se contractent encore après leur formation.

Un spectre de transmission d’une exoplanète géante chaude, WASP-96 b, révélant la présence de gaz dans son atmosphère, y compris la vapeur d’eau. Le spectre, de la lumière des étoiles filtrée à travers l’atmosphère de la planète, a été créé à l’aide de l’imageur dans le proche infrarouge et du spectrographe sans fente (NIRISS) du télescope Webb, et a été l’une des premières images scientifiques de Webb qui ont été publiées.

À l’aide de l’instrument MIRI et du spectrographe proche infrarouge de Webb (NIRSpec), le groupe de recherche collectera des lectures spectroscopiques, diffusant la lumière des planètes dans un spectre, produisant une sorte d’empreinte digitale des molécules dans les atmosphères de ces planètes. Cela devrait révéler des caractéristiques telles que la chimie et la présence de nuages, et fournir des indices essentiels sur la façon dont ces planètes géantes sont apparues.

Les années intermédiaires : grandes et petites planètes

Les planètes à un stade de développement mature pourraient nous dire si les caractéristiques des planètes de notre propre système solaire, également dans leurs années intermédiaires, sont courantes ou rares.

Une équipe d’observation de Webb prévoit de sonder les profondeurs d’un “Jupiter chaud”, HD 189733 b, qui a été observé par d’autres télescopes spatiaux. Légèrement plus grande que notre propre Jupiter, cette planète tourne si fortement autour de son étoile qu’une “année” ne prend que 2 jours.

L’équipe, qui comprend Tiffany Kataria, scientifique exoplanétaire au Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud, portera ces mesures antérieures au niveau supérieur à l’aide de l’instrument MIRI. Les chercheurs effectueront des mesures spectroscopiques et des “cartes d’éclipses”, capturant les profils atmosphériques dans les trois dimensions lorsque la planète passe devant son étoile.

Les planètes matures comprennent des mondes plus petits, tels que des planètes rocheuses de la taille de la Terre, et des planètes légèrement plus grandes mais toujours plus petites que Neptune.

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Vue d’artiste du télescope spatial James Webb déployé dans l’espace. Crédit : NASA/Adriana Manrique Gutierrez

“Nous sommes intéressés à comprendre la diversité et les compositions atmosphériques des planètes entre la taille de la Terre et Neptune”, a déclaré Teske. « Les « Super-Terres » et les « mini-Neptunes » sont les types de planètes les plus courants dans notre galaxie. Mais nous n’avons que quelques exemples de mesures atmosphériques de ce type de planètes.”

En arrière-plan plane la question persistante de l’habitabilité, en particulier en ce qui concerne les super-Terres. “Ces planètes légèrement plus grandes que la Terre pourraient-elles héberger des conditions habitables ?” Teske demande.

Des relevés antérieurs au télescope spatial ont révélé des planètes rocheuses de la taille de la Terre en orbite autour de petites étoiles naines rouges relativement froides.

Webb recherchera des atmosphères dans un célèbre groupe planétaire appelé TRAPPIST-1 : sept planètes de la taille de la Terre en orbites serrées autour d’une étoile de moins de 10 % de la taille du Soleil. Un programme scientifique se concentrera sur TRAPPIST-1e, qui orbite dans le milieu de la zone habitable de TRAPPIST-1. À l’aide de NIRSpec, une équipe dirigée par Nikole Lewis de l’Université Cornell tentera d’obtenir des lectures spectroscopiques de l’atmosphère de la planète, si tant est qu’elle en ait une.

Après la disparition, une seconde vie pour certains systèmes planétaires ?

Parmi les domaines les moins explorés de l’existence des exoplanètes se trouve la dernière étape. Cependant, une récente découverte surprise a révélé une planète en orbite autour d’une naine blanche : la coquille ridée d’une étoile révolue.

Une équipe d’observation dirigée par le chercheur de Cornell Ryan MacDonald utilisera NIRSpec pour rechercher la signature d’une atmosphère autour de cette planète de la taille de Jupiter, un test pour une question encore plus fascinante.

“Je travaille depuis de nombreuses années sur la perspective de planètes habitables autour des naines blanches”, a-t-il déclaré. Cela inclurait la recherche de “biosignatures”, des signes de biologie active, sur des planètes dans des systèmes désormais considérés comme morts.

Les observations du télescope Webb promettent une expansion exponentielle des connaissances : des biographies entières d’exoplanètes, de la naissance à la mort et à la vie à nouveau.

“L’objectif est de commencer à prendre des mesures pour comprendre ces planètes, pas seulement planète par planète, mais en tant que population entière”, a déclaré Teske. “Les capacités sans précédent de JWST contribueront à rendre cela possible et inaugureront une nouvelle ère dans la science des exoplanètes.”

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