Le télescope Webb impressionne avec la première image d’une exoplanète

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Une équipe de recherche analysant les premières données du télescope spatial James Webb a révélé les images initiales de l’instrument d’une planète au-delà de notre système solaire, un succès qui suit de près le dévoilement la semaine dernière des premières mesures de Webb de l’atmosphère d’une exoplanète différente. La jeune géante gazeuse nouvellement photographiée, sept fois la masse de Jupiter, est capturée encore incandescente après sa formation. Les émissions infrarouges de la planète ont parcouru 350 années-lumière avant que les photons ne soient collectés par les miroirs plaqués or de Webb. Dans un article publié aujourd’hui sur le serveur de préimpression arXiv, les astronomes Webb présentent plusieurs images de la planète, appelées HIP 65426 b, à une gamme de longueurs d’onde (indiquées dans les encarts ci-dessus) qui étaient jusqu’à présent invisibles pour les télescopes terrestres en raison de la atmosphère bloquant les infrarouges. Les astronomes y voient le début d’une aubaine d’études explorant des planètes en dehors du système solaire.


Même pour les télescopes spatiaux, il est extrêmement difficile d’imager directement les exoplanètes en raison de l’éblouissement écrasant de leurs étoiles. Les astronomes utilisant à la fois des instruments terrestres et spatiaux n’ont imagé directement qu’environ 20 exoplanètes auparavant, y compris HIP 65426 b, qui a été découvert pour la première fois en 2017, en s’appuyant sur un masque optique pour bloquer la lumière aveuglante des étoiles (dans les encadrés ci-dessus, l’étoile masquée est marquée d’un pentagramme).

Le télescope spatial James Webb a pris sa première image d’une planète au-delà du système solaire, ouvrant une fenêtre pour comprendre d’autres mondes et soulignant les immenses capacités du télescope. L’image est celle d’une planète appelée HIP 65426 b, un objet similaire à Jupiter, mais plus jeune et plus chaud, qui se trouve à 107 parsecs de la Terre dans la constellation du Centaure. Il s’agit de la première image d’exoplanète jamais prise à des longueurs d’onde infrarouges profondes, ce qui permet aux astronomes d’étudier toute la gamme de luminosité d’une planète et de quoi elle est faite. “Cela nous donne des longueurs d’onde auxquelles nous n’avions jamais vu de planètes auparavant”, déclare Beth Biller, astronome à l’Université d’Édimbourg, au Royaume-Uni, et membre de l’équipe de découverte. L’image a été rapportée dans un article sur le serveur de préimpression arXiv le 31 août ; le rapport n’a pas été examiné par des pairs.

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Figure 1 – Le télescope Webb a imagé HIP 65426 b à plusieurs longueurs d’onde infrarouges (de gauche à droite : 3,00, 4,44, 11,4 et 15,5 micromètres). © NASA/ESA/CSA, A. Carter (UCSC), l’équipe ERS 1386 et A. Pagan (STScI).

La découverte confirme à quel point Webb sera puissant pour étudier les exoplanètes. Lancé en décembre dans le cadre d’une collaboration entre la NASA et les agences spatiales européenne et canadienne, le télescope a commencé à faire de la science en juin, utilisant son miroir primaire de 6,5 mètres de large pour observer l’Univers depuis un endroit situé à environ 1,5 million de kilomètres de la Terre. Le fait qu’il ait pu prendre une photo aussi nette de HIP 65426 b suggère qu’il pourra photographier des planètes encore plus petites, de la taille de Saturne ou même de Neptune, en orbite autour d’autres étoiles. Cela améliorerait considérablement la compréhension scientifique des systèmes planétaires lointains. Les astronomes connaissent plus de 5 000 exoplanètes, mais ils n’en ont photographié qu’une vingtaine. Il est difficile d’imager directement les exoplanètes, car elles sont souvent perdues dans l’éclat de l’étoile autour de laquelle elles orbitent. Mais les observer aux longueurs d’onde infrarouges, comme le fait Webb, contribue à renforcer le contraste entre l’étoile et la planète. “Vous êtes dans le régime où les planètes sont les plus brillantes et les étoiles les plus sombres”, explique Aarynn Carter, astronome à l’Université de Californie à Santa Cruz et auteur principal de la prépublication.

“Bébé Jupiter”

Webb, avec son miroir beaucoup plus grand et ses capteurs à la pointe de la technologie, devrait voir ces exoplanètes beaucoup plus clairement que son prédécesseur, le télescope spatial Hubble, âgé de 32 ans, qui est sensible aux longueurs d’onde principalement visibles. Afin de montrer les capacités de Webb, Carter et ses collègues ont choisi d’étudier HIP 65426 b après que d’autres astronomes l’ont découvert en 2017 à l’aide du Very Large Telescope de l’Observatoire européen austral au Chili. En juillet de cette année, l’équipe de Carter a utilisé des instruments sur Webb pour bloquer physiquement la lumière de l’étoile HIP 65426 b, permettant à la planète d’apparaître. HIP 65426 b orbite autour de son étoile à environ deux fois la distance à laquelle Pluton orbite autour du Soleil. Le déverrouillage des longueurs d’onde infrarouges supplémentaires a permis aux astronomes de mieux comprendre la quantité d’énergie émise par l’atmosphère de la planète. Cela, à son tour, leur a permis d’utiliser des modèles d’évolution stellaire pour déterminer sa masse à 7 fois et son rayon à 1,45 fois celle de Jupiter.

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HIP 65426 b a probablement environ 14 millions d’années, ce qui en fait «un bébé Jupiter», dit Biller. C’est “comme Jupiter, mais juste après sa formation”. Notre système solaire a environ 4,5 milliards d’années. Des études futures exploreront probablement comment HIP 65426 b s’est formé et a évolué au fil du temps. Pendant ce temps, d’autres astronomes envisagent d’utiliser Webb pour étudier de nombreuses autres exoplanètes, en particulier les grandes qui se trouvent relativement loin de leur étoile hôte et peuvent donc être imagées directement. Et la grande qualité de ces premières images augure bien de la découverte de nouvelles exoplanètes encore plus petites, jusqu’à la taille de Saturne ou même de Neptune, des géantes de glace qui n’ont jamais été directement observées en dehors de notre Système solaire. Les chercheurs espèrent que les images de Webb les aideront à comprendre comment et où ces planètes se forment dans les disques de poussière et de gaz autour des étoiles naissantes.

Un tel travail complète d’autres façons dont Webb peut observer les exoplanètes, comme l’analyse de la lumière des étoiles traversant l’atmosphère d’une planète pour voir quels composés chimiques l’atmosphère contient. Les astronomes ne peuvent pas utiliser cette technique sur HIP 65426 b, car il se trouve trop loin de son étoile. Mais l’équipe de Carter applique l’analyse spectrale à une planète différente, nettement plus grande que Jupiter et connue sous le nom de VHS 1256 b. Il se trouve à 22 parsecs de la Terre dans la constellation de Corvus. Les résultats de cette analyse ont été rapportés sur arXiv le 1er septembre et incluent des signes de grains de silicate – essentiellement du sable chaud – dans l’atmosphère de VHS 1256 b. “C’est un résultat extrêmement excitant”, déclare Carter. C’est la première fois que des grains de sable sont repérés dans l’atmosphère d’une planète au-delà du système solaire. De tels nuages ​​de sable peuvent se former lorsque les températures sur la planète sont suffisamment chaudes pour vaporiser les minéraux formant des roches.

Pour aller plus loin

Carter, A. L. et al. Preprint at https://arxiv.org/abs/2208.14990 (2022)

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Chauvin, G. et al. Astron. Astrophys. 605, L9 (2017)

Miles, B. E. et al. Preprint at https://arxiv.org/abs/2209.00620 (2022)

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