De nouvelles recherches utilisant le puissant télescope JWST de la NASA ont identifié une planète 41 années-lumière qui pourrait avoir une atmosphère. La planète se trouve dans la «zone habitable», la région autour d'une étoile où les températures permettent à l'eau liquide d'exister à la surface d'un monde rocheux. Ceci est important car l'eau est un ingrédient clé qui soutient l'existence de la vie.
S'il est confirmé par d'autres observations, ce serait la première planète de zone habitable rocheuse qui est également connue pour héberger une atmosphère. Les résultats proviennent de deux nouvelles études publiées dans la revue Lettres de journal astrophysique.
La zone habitable est en partie définie par la plage de températures générée par la chaleur de l'étoile. La zone est située à une distance de son étoile où les températures ne sont ni trop chaudes ni trop froides (ce qui l'a conduit à l'occasion étant surnommée « la zone Goldilocks »).
Mais les exoplanètes (étoiles en orbite mondes en dehors de notre système solaire) capables d'héberger de l'eau liquide ont souvent besoin d'une atmosphère avec un effet de serre suffisant. L'effet de serre génère un chauffage supplémentaire en raison de l'absorption et des émissions des gaz dans l'atmosphère et aidera à prévenir l'évaporation de l'eau dans l'espace.
Avec une équipe internationale de collègues, nous avons formé le plus grand télescope de l'espace, JWST de la NASA, sur une planète appelée Trappist-1 E. Nous voulions déterminer si ce monde rocheux, qui réside dans la zone habitable de son étoile, héberge une atmosphère. La planète est l'un des sept mondes rocheux connus pour orbiter une petite étoile « Red Dwarf » fraîche appelée Trappist-1.
Les exoplanètes rocheux sont partout dans notre galaxie. La découverte d'abondants planètes rocheuses dans les années 2010 par les télescopes spatiaux Kepler et Tess a de profondes implications pour notre place dans l'univers.
La plupart des exoplanètes rocheux que nous avons trouvés jusqu'à présent, les étoiles naines rouges en orbite, qui sont beaucoup plus froides que le soleil (généralement 2500 ° C / 4500 ° F, par rapport aux 5 600 ° C / 10 000 ° F du soleil). Ce n'est pas parce que les planètes autour des étoiles en forme de soleil sont rares, il n'y a que des raisons techniques pour lesquelles il est plus facile de trouver et d'étudier les planètes en orbite autour d'étoiles plus petites.
Les nains rouges offrent également de nombreux avantages lorsque nous cherchons à mesurer les propriétés de leurs planètes. Parce que les étoiles sont plus fraîches, leurs zones habitables, où les températures sont favorables à l'eau liquide, sont situées beaucoup plus près par rapport à notre système solaire, car le soleil est beaucoup plus chaud. En tant que tel, une année pour une planète rocheuse avec la température de la Terre qui orbite une étoile naine rouge peut ne pas être de quelques jours à une semaine par rapport aux 365 jours de la Terre.
Méthode de transit
Une façon de détecter les exoplanètes est de mesurer la légère graisse de lumière lorsque la planète transit ou passe devant son étoile. Étant donné que les planètes en orbite autour des nains rouges prennent moins de temps pour terminer une orbite, les astronomes peuvent observer plus de transits dans un espace de temps plus court, ce qui facilite la collecte de données.
Pendant un transit, les astronomes peuvent mesurer l'absorption des gaz dans l'atmosphère de la planète (s'il en a un). L'absorption se réfère au processus par lequel certains gaz absorbent la lumière à différentes longueurs d'onde, l'empêchant de passer. Cela offre aux scientifiques un moyen de détecter quels gaz sont présents dans une atmosphère.
Surtout, plus l'étoile est petite, plus la fraction de sa lumière est bloquée par l'atmosphère d'une planète pendant le transit. Les étoiles naines rouges sont donc l'un des meilleurs endroits pour nous pour rechercher les atmosphères des exoplanètes rocheuses.
Situé à une distance relativement étroite de 41 années-lumière de la Terre, le système Trappist-1 a attiré une attention significative depuis sa découverte en 2016. Trois des planètes, TRAPPIST-1D, TRAPPIST-1E et TRAPPIST-1F (les troisième, quatrième et cinquième planètes de l'étoile) se trouvent dans la zone habitable.
JWST mène une recherche systématique d'atmosphères sur les planètes Trappist-1 depuis 2022. Les résultats des trois planètes les plus internes, Trappist-1b, trappist-1c et trappist-1d, indiquent au mieux ces mondes avec des roches nues avec des atmosphères minces. Mais les planètes plus loin, qui sont bombardées de rayonnement moins et de fusées énergiques de l'étoile, pourraient encore posséder des atmosphères.
Nous avons observé Trappist-1E, la planète au centre de la zone habitable de l'étoile, avec JWST à quatre occasions distinctes de juin-octobre 2023. Nous avons immédiatement remarqué que nos données étaient fortement affectées par ce qui est appelé « contamination stellaire » à partir de régions actifs chaudes et froides (similaires aux taches solaires) sur Trappist-1. Cela a nécessité une analyse minutieuse pour gérer. En fin de compte, il a fallu à notre équipe plus d'un an pour passer au crible les données et distinguer le signal provenant de l'étoile de celui de la planète.
Nous constatons deux explications possibles sur ce qui se passe à TRAPPIST-1E. La possibilité la plus excitante est que la planète a une atmosphère dite secondaire contenant des molécules lourdes telles que l'azote et le méthane. Mais les quatre observations que nous avons obtenues ne sont pas encore suffisamment précises pour exclure l'explication alternative de la planète étant une roche nue sans atmosphère.
Si trappist-1e avait en effet une atmosphère, ce sera la première fois que nous trouvons une atmosphère sur une planète rocheuse dans la zone habitable d'une autre étoile.
Étant donné que TRAPPIST-1E se trouve fermement dans la zone habitable, une atmosphère épaisse avec un effet de serre suffisant pourrait permettre de l'eau liquide à la surface de la planète. Pour établir si TRAPPIST-1E est habitable ou non, nous devrons mesurer les concentrations de gaz à effet de serre comme le dioxyde de carbone et le méthane. Ces observations initiales sont une étape importante dans cette direction, mais davantage d'observations avec JWST seront nécessaires pour s'assurer que la trappiste-1e a une atmosphère et, dans l'affirmative, pour mesurer les concentrations de ces gaz.
Au moment où nous parlons, 15 transits supplémentaires de trappist-1e sont en cours et devraient être terminés d'ici la fin de 2025. Nos observations de suivi utilisent une stratégie d'observation différente où nous ciblons les transits consécutifs de trappist-1b (qui est une roche nue) et de trappist-1E. Cela nous permettra d'utiliser la roche nue pour mieux « tracer » les régions actifs chaudes et froides de l'étoile. Tout excès d'absorption des gaz observé uniquement pendant les transits de Trappist-1e sera uniquement causé par l'atmosphère de la planète.
Donc, au cours des deux prochaines années, nous devrions avoir une bien meilleure image de la façon dont Trappist-1E se compare aux planètes rocheuses de notre système solaire.
