La détection des exoplanètes est une chose, mais les imaginer est une autre chose. Les astronomes peuvent les détecter par la façon dont ils bloquent la lumière de leur étoile et par la façon dont ils font vaciller leurs étoiles, et à partir de cela, ils peuvent inférer beaucoup. Mais ce n'est pas la même chose que de les voir.
La recherche d'exoplanètes – y compris par la méthode de transit et la méthode de vitesse radiale – est assaillie par les biais d'observation, et les scientifiques le savent. Toutes les méthodes font face à des limites. L'étalon-or pour la détection des exoplanet est probablement une imagerie directe, ce qui est beaucoup moins sensible aux biais.
Lorsque le JWST a été conçu, il a reçu quatre thèmes scientifiques. L'un d'eux est la naissance des étoiles et des systèmes protoplanétaires. « JWST est uniquement prêt à résoudre ces mystères étant donné la combinaison de ses modes d'observation haute résolution, de son imagerie, de sa spectroscopie et de ses capacités coronagraphiques, et de superbes sensibilité à proximité et intermédiaire », a écrit le Space Telescope Science Institute.
Le puissant télescope a été à la hauteur du défi à bien des égards. Il a utilisé sa coronagraphie Nircam et Miri pour image directement des exoplanètes de la masse sub-jupiter et des exoplanètes géants du gaz mature. Mais ces modes n'ont pas pu détecter des planètes comme Jupiter et Saturne dans notre système solaire, qui sont plus cool et plus éloignées de leur étoile.
De nouvelles recherches indiquent qu'il pourrait y avoir un moyen que le JWST puisse détecter des planètes comme nos géants du gaz.
Intitulé « Nircam Yells at Cloud: JWST Miri Imaging peut détecter directement les exoplanètes de la même température, de la masse, de l'âge et de la séparation orbitale que Saturne et Jupiter » La recherche est publiée dans Les lettres de journal astrrophysique. L'auteur principal est Rachel Bowens-Rubin. Bowens-Rubin est chercheur post-doctoral au Département d'astronomie de l'Université du Michigan.
« Nircam et Miri Coronagraphie ont démontré avec succès la capacité d'imaginer directement les jeunes exoplanètes géants du gaz sous-jupiter et mature », écrivent les auteurs. « Cependant, ces modes ont du mal à atteindre les sensibilités nécessaires pour trouver la population de planètes géantes froides qui sont similaires aux planètes géantes de notre propre système solaire (Teff = 60–125 K, A = 5–30 Au). »
Les auteurs écrivent que c'est la première fois qu'ils explorent en utilisant l'imagerie MiRI à haut contraste de JWST sans coronagraphie pour image les exoplanètes. Il est basé sur le programme général des enfants Cool Kids on the Block du JWST.
Ce programme se concentre sur les exoplanètes géants du gaz et de glace en orbage des étoiles à faible masse avec des masses solaires de 0,08 à 0,45. Ce sont des étoiles naines rouges (m nains) dans 6 parsecs (19,5 années-lumière).
Les auteurs écrivent « Nous démontrons que 21 μM d'imagerie MiRI peut détecter les planètes avec la même température, masse, âge et séparations orbitales que Saturne et Jupiter. »
Les scientifiques des exoplanet veulent une méthode de recherche de ces planètes car ils sont sous-représentés dans la population d'exoplanètes connue. Notre système solaire pourrait être un étrange, mais il y a des indices que des géants froids comme Jupiter et Saturne existent dans d'autres systèmes.
2021 La recherche basée sur une enquête de microlentins a montré qu'il pourrait y avoir une moyenne de 1,5 planètes géantes à faible masse dans chaque système solaire. Les enquêtes sur la vitesse radiale ont également indiqué que les planètes géantes moins massives que Jupiter sont plus répandues que les planètes géantes plus massives que Jupiter. Ils peuvent être regroupés près de la ligne de neige d'eau.
« Si ces tendances sont maintenues, les exoplanètes géants froids à faible masse peuvent être parmi les types d'exoplanètes les plus courants dans la galaxie », écrivent les auteurs.
Les chercheurs se sont concentrés sur trois systèmes du programme Cool Kids on the Block du JWST: Wolf 359, EV Lac et Ad Leo, bien que la coronagraphie Nircam n'ait pas pu compléter ses observations d'Ad Leo. L'instrument infrarouge moyen de JWST a quatre modes d'observation, et les chercheurs ont utilisé son mode d'imagerie à large bande F2100W dans leur travail.
« Le mode d'imagerie Miri F2100W a été choisi afin de profiter de la sensibilité de JWST aux longueurs d'onde auxquelles les planètes froides (80–200 K) devraient être les plus brillants et les nuages ne suppriment pas les émissions », expliquent les chercheurs dans leur lettre.
Les chercheurs ont également étudié comment les atmosphères d'exoplanet nuageuses pourraient affecter la détection de la planète géante, car les nuages peuvent bloquer la lumière infrarouge. Ils ont généré une grille de modèles avec des atmosphères nuageuses et sans nuage. « Nous constatons que les spectres mesurés de Jupiter et Saturne sont mieux reproduits par une combinaison de modèles atmosphériques clairs et nuageux », expliquent-ils.
L'imagerie Miri était supérieure à la coronagraphie Nircam pour les systèmes dans environ 20 parsecs (65 ly). Cette percée montre que le mode d'imagerie standard de Miri à 21 μm fonctionne mieux que la coronagraphie pour détecter les géants froids. Les longueurs d'onde plus longues de Miri créent un rapport de contraste entre la planète et l'étoile qui est meilleure que dans le NIR.
Ce travail montre que le JWST est capable d'imaginer les analogues Jupiter et Saturne. Il montre également que les futures observations de JWST, combinées aux efforts continus pour améliorer les méthodes de réduction des données, pourraient améliorer la sensibilité de l'imagerie Miri.
« Cette percée permet un chemin vers la première caractérisation directe des exoplanètes géants froids qui sont analogues aux planètes géantes du système solaire », écrivent les chercheurs. Ils ont démontré que le JWST peut dire directement des planètes comme Jupiter et Saturne, qui sont probablement sous-représentés dans notre compréhension de la population d'exoplanètes.
Par rapport aux autres systèmes solaires et aux architectures Exoplanet que nous avons observées, notre système solaire peut sembler étrange. Mais si l'imagerie directe Miri peut découvrir plus d'exo-jupiters et d'exo-saturns, notre système semblera plus «normal».
« Les stratégies décrites dans ce point de travail du chemin vers la découverte d'une population potentiellement substantielle d'exoplanètes géants froids et à faible masse, et l'imagerie directe future de ces planètes offre une voie pour placer notre propre système solaire dans le contexte plus large des systèmes planétaires à travers la galaxie », concluent les chercheurs.
