Dans la recherche d'exoplanètes habitables, les conditions atmosphériques jouent un rôle clé dans la détermination si une planète peut soutenir l'eau liquide. Les candidats appropriés sont souvent assis dans la «zone Goldilocks», une distance qui n'est ni trop proche ni trop éloignée de leur étoile hôte pour permettre de l'eau liquide. Avec le lancement du télescope spatial James Webb (JWST), les astronomes collectent des observations améliorées d'atmosphères d'exoplanet qui aideront à déterminer les exoplanètes qui sont de bons candidats pour une étude plus approfondie.
Dans un article en libre accès publié aujourd'hui dans Les lettres de journal astrrophysiqueles astronomes ont utilisé JWST pour regarder de plus près l'atmosphère de l'exoplanet trappist-1e, situé dans le système Trappist-1. Bien qu'ils n'aient pas trouvé de preuve définitive de ce dont elle est faite – ou si elle a même une atmosphère – ils ont pu exclure plusieurs possibilités.
« L'idée est: si nous supposons que la planète n'est pas sans air, pouvons-nous contraindre différents scénarios atmosphériques? Ces scénarios permettent-ils toujours de l'eau liquide à la surface? » dit Ana Glidden, un post-doctorant du département du MIT de la Terre, des sciences atmosphériques et planétaires (EAPS) et de l'Institut du MIT Kavli pour la recherche sur l'astrophysique et l'espace, et le premier auteur du journal. Les réponses qu'ils ont trouvées étaient oui.
Les nouvelles données excluent une atmosphère dominée par l'hydrogène et placent des contraintes plus strictes sur d'autres conditions atmosphériques qui sont couramment créées par la génération secondaire, telles que les éruptions volcaniques et le dégazage de l'intérieur de la planète. Les données étaient suffisamment cohérentes pour permettre toujours la possibilité d'un océan de surface.
« Trappist-1e reste l'une de nos planètes les plus convaincantes à la zone habitable, et ces nouveaux résultats nous rapprochent de savoir de quel type de monde il s'agit », explique Sara Seager, professeur de science planétaire de la classe de 1941 au MIT et co-auteur de l'étude. « Les preuves qui indiquent les atmosphères de Vénus et de Mars aiguisent notre concentration sur les scénarios toujours en jeu. »
Les co-auteurs de l'étude comprennent également des collaborateurs de l'Université de l'Arizona, de l'Université Johns Hopkins, de l'Université du Michigan, du Space Telescope Science Institute et des membres de l'équipe JWST-TST Dreams.
Observations améliorées
Les atmosphères d'exoplanet sont étudiées en utilisant une technique appelée spectroscopie de transmission. Lorsqu'une planète passe devant son étoile hôte, la lumière des étoiles est filtrée à travers l'atmosphère de la planète. Les astronomes peuvent déterminer quelles molécules sont présentes dans l'atmosphère en voyant comment la lumière change à différentes longueurs d'onde.
« Chaque molécule a une empreinte spectrale.
JWST a une couverture de longueur d'onde plus grande et une résolution spectrale plus élevée que son prédécesseur, le télescope spatial Hubble, qui permet d'observer des molécules comme le dioxyde de carbone et le méthane qui se trouvent plus couramment dans notre propre système solaire. Cependant, les observations améliorées ont également mis en évidence le problème de la contamination stellaire, où les changements dans la température de l'étoile de l'hôte en raison de choses comme les taches solaires et les poussées solaires rendent difficile l'interprétation des données.
« L'activité stellaire interfère fortement avec l'interprétation planétaire des données car nous ne pouvons observer qu'une atmosphère potentielle à travers Starlight », explique Glidden. « Il est difficile de séparer quels signaux proviennent de l'étoile par rapport à la planète elle-même. »
Excluant les conditions atmosphériques
Les chercheurs ont utilisé une nouvelle approche pour atténuer l'activité stellaire et, par conséquent, « tout signal que vous pouvez voir variable de visite à visiter est très probablement de l'étoile, tandis que tout ce qui est cohérent entre les visites est très probablement la planète », explique Glidden.
Les chercheurs ont ensuite pu comparer les résultats à plusieurs scénarios atmosphériques possibles. Ils ont constaté que les atmosphères riches en dioxyde de carbone, comme celles de Mars et Vénus, sont peu probables, tandis qu'une atmosphère chaleureuse et riche en azote similaire au Titan de la lune de Saturne reste possible. Les preuves, cependant, sont trop faibles pour déterminer si une atmosphère était présente, et encore moins à détecter un type spécifique de gaz. Des observations supplémentaires et continues qui sont déjà en cours aideront à réduire les possibilités.
« Avec nos observations initiales, nous avons présenté les gains réalisés avec JWST. Notre programme de suivi nous aidera à affiner davantage notre compréhension de l'une de nos meilleures planètes habitables », explique Glidden.
