Les astrophysiciens ont acquis de nouvelles perspectives précieuses sur la façon dont les exoplanètes éloignés se forment et à quoi leur atmosphère peut ressembler, après avoir utilisé le télescope James Webb pour image deux jeunes exoplanètes dans des détails extraordinaires. Parmi les résultats des gros titres figuraient la présence de nuages de silicate dans l'une des atmosphères de la planète, et un disque circonétaire pensé pour nourrir des matériaux qui peuvent former des lunes autour de l'autre.
Le travail apparaît dans Nature.
En termes plus larges, la compréhension du système super-solaire « YSES-1 » offre un aperçu supplémentaire des origines de notre propre système solaire et nous donne la possibilité de regarder et d'apprendre en tant que planète similaire aux formes Jupiter en temps réel.
« Les exoplanètes directement imaginés – les plantes en dehors de notre propre système solaire – sont les seules exoplanètes dont nous pouvons vraiment prendre des photos », a déclaré le Dr Evert Nasedkin, boursier postdoctoral à l'école de physique du Trinity College Dublin, co-auteur de l'article de recherche. « Ces exoplanètes sont généralement encore suffisamment jeunes pour qu'ils soient encore chauds de leur formation et c'est cette chaleur, vue dans l'infrarouge thermique, que nous, en tant qu'astronomes, observons. »
En utilisant des instruments spectroscopiques à bord du télescope spatial James Webb (JWST), le Dr Kielan Hoch et une grande équipe internationale, y compris les astronomes du Trinity College Dublin, ont obtenu de grands spectres de deux jeunes exoplanètes géantes qui orbitent une étoile semblable à un soleil, YSES-1. Ces planètes sont plusieurs fois plus grandes que Jupiter, et orbitent loin de leur étoile hôte, mettant en évidence la diversité des systèmes d'exoplanet même autour d'étoiles comme notre propre soleil.
L'objectif principal de mesurer les spectres de ces exoplanètes était de comprendre leurs atmosphères. Différentes molécules et particules de nuages absorbent toutes différentes longueurs d'onde de lumière, confortant une empreinte digitale caractéristique sur le spectre d'émission des planètes.
Le Dr Nasedkin a déclaré: « Lorsque nous avons examiné le plus petit compagnon plus éloigné, connu sous le nom de YSES 1-C, nous avons trouvé la signature révélatrice des nuages de silicate dans le milieu infrarouge. Essentiellement fait de particules de sable, il s'agit de la caractéristique d'absorption du silicate la plus forte observée dans un exoplanet.
« Nous pensons que cela est lié à la jeunesse relative des planètes: les planètes plus jeunes sont légèrement plus grandes en rayon, et cette atmosphère prolongée peut permettre au nuage d'absorber davantage la lumière émise par la planète. En utilisant une modélisation détaillée, nous avons pu identifier la composition chimique de ces nuages, ainsi que des détails sur les formes et les tailles des nuages. »
La planète intérieure, YSES-1B, a offert d'autres surprises: bien que tout le système planétaire soit jeune, à 16,7 millions d'années, il est trop vieux pour trouver des signes du disque de formation de planète autour de l'étoile hôte. Mais autour de YSES-1B, l'équipe a observé un disque autour de la planète elle-même, pensé à nourrir le matériel sur la planète et à servir de lieu de naissance de lunes – similaire à celles observées autour de Jupiter.
Seuls trois autres disques de ce type ont été identifiés à ce jour, tous deux autour d'objets nettement plus jeunes que YSES-1B, soulevant de nouvelles questions sur la façon dont ce disque pourrait être si longtemps.
Le Dr Nasedkin a ajouté: « Dans l'ensemble, ce travail met en évidence les capacités incroyables de JWST pour caractériser les atmosphères d'exoplanet. Avec seulement une poignée d'exoplanètes qui peuvent être directement imagées, le système YSES-1 offre des informations uniques sur la physique atmosphérique et les processus de formation de ces Giants éloignés. »
En termes généraux, la compréhension de la façon dont ce système super-solaire a formé offre des informations supplémentaires sur les origines de notre propre système solaire, nous donnant l'occasion de regarder une planète similaire aux formes Jupiter en temps réel. Comprendre combien de temps il faut pour former des planètes et le maquillage chimique à la fin de la formation est important pour apprendre à quoi ressemblaient les éléments constitutifs de notre propre système solaire. Les scientifiques peuvent comparer ces jeunes systèmes aux nôtres, ce qui donne des indices sur la façon dont nos propres planètes ont changé au fil du temps.
Le Dr Kielan Hoch, boursier de Giaconi au Space Telescope Science Institute, a déclaré: « Ce programme a été proposé avant le lancement de JWST. Il était unique, car nous avons émis l'hypothèse que l'instrument Nirscec sur le futur télescope devrait être en mesure de nous faire en sorte que les deux planètes ont fin un système multi-planet à ce jour.
« Les planètes du système YSES-1 sont également trop largement séparées pour être expliquées à travers les théories de la formation actuelles, de sorte que les découvertes supplémentaires de nuages de silicate distincts autour de YSES-1 C et de petits matériaux poussiéreux chauds autour de YSES-1 B conduisent à plus de mystères et de complexités pour déterminer comment les planètes se forment et évoluent.
« Cette recherche a également été menée par une équipe de chercheurs en début de carrière tels que les postdocs et les étudiants diplômés, qui composent les cinq premiers auteurs de l'article. Ce travail n'aurait pas été possible sans leur créativité et leur travail acharné, ce qui a aidé à faire ces incroyables découvertes multidisciplinaires. »
