Le télescope spatial James Webb a capturé ses premières images directes de dioxyde de carbone dans une planète à l'extérieur du système solaire en HR 8799, un système multiplanet à 130 années-lumière des années qui a longtemps été une cible clé pour les études de formation de la planète.
Les observations fournissent des preuves solides que les quatre planètes géantes du système se sont formées de la même manière que Jupiter et Saturne, en construisant lentement des noyaux solides. Ils confirment également que Webb peut faire plus que déduire la composition atmosphérique à partir des mesures de la lumière des étoiles – il peut analyser directement la chimie des atmosphères d'exoplanet.
« En repérant ces fortes caractéristiques de dioxyde de carbone, nous avons montré qu'il y a une fraction importante d'éléments plus lourds, tels que le carbone, l'oxygène et le fer, dans les atmosphères de ces planètes. Compte tenu de ce que nous savons sur l'étoile qu'ils orbitent, qui indique probablement que William Balmer, a déclaré William Balmer, une université de Johns Hopkins, a déclaré William Balmer, une université de Johns Hopkins.
Une analyse des observations, qui comprenait également un système à 96 années-lumière appelé 51 eridani, apparaît dans Le journal astrophysique.
HR 8799 est un jeune système d'environ 30 millions d'années, une fraction des 4,6 milliards d'années de notre système solaire. Toujours à chaud de leur formation violente, les planètes HR 8799 émettent de grandes quantités de lumière infrarouge qui donnent aux scientifiques des données de précieuses sur la façon dont leur formation se compare à celle des étoiles ou des nains bruns.
Les planètes géantes peuvent prendre forme de deux manières: en construisant lentement des noyaux solides qui attirent le gaz, comme notre système solaire, ou en s'effondrer rapidement à partir du disque de refroidissement d'une jeune star en objets massifs. Savoir quel modèle est le plus courant peut donner aux scientifiques des indices pour distinguer les types de planètes qu'ils trouvent dans d'autres systèmes.
« Notre espoir avec ce type de recherche est de comprendre notre propre système solaire, notre vie et nous-mêmes par rapport à d'autres systèmes exoplanétaires, afin que nous puissions contextualiser notre existence », a déclaré Balmer. « Nous voulons prendre des photos d'autres systèmes solaires et voir comment ils sont similaires ou différents par rapport à la nôtre. De là, nous pouvons essayer de comprendre à quel point notre système solaire est étrange – ou à quel point. »
Très peu d'exoplanètes ont été directement imagés, car les planètes éloignées sont plusieurs milliers de fois plus faibles que leurs étoiles. En capturant des images directes à des longueurs d'onde spécifiques uniquement accessibles avec le Webb, l'équipe ouvre la voie à des observations plus détaillées afin de déterminer si les objets qu'ils voient en orbite D'autres étoiles sont des planètes ou des objets géants tels que des nains bruns, qui se forment comme des étoiles mais n'accumulent pas suffisamment de masse pour incenditer la fusion nucléaire.
« Nous avons d'autres éléments de preuve qui font allusion à ces quatre planètes HR 8799 qui se forment en utilisant cette approche ascendante », a déclaré Laurent Pueyo, un astronome de l'Institut Space Telescope Science qui a co-dirigé l'œuvre.
« Dans quelle mesure est-ce courant pour les planètes à longue période que nous pouvons image directement? Nous ne savons pas encore, mais nous proposons plus d'observations Webb, inspirées par nos diagnostics de dioxyde de carbone, pour répondre à cette question. »
La réalisation a été rendue possible par les coronagraphes de Webb, qui bloquent la lumière des étoiles brillantes comme cela se produit dans une éclipse solaire pour révéler des mondes autrement cachés. Cela a permis à l'équipe de rechercher une lumière infrarouge dans les longueurs d'onde qui révèlent des gaz spécifiques et d'autres détails atmosphériques.
Ciblage de la plage de longueurs d'onde de 3-5 micromètres, l'équipe a constaté que les quatre planètes HR 8799 contiennent plus d'éléments lourds que ce ne le pensait précédemment, un autre indice qu'ils ont formé de la même manière que les géants du gaz de notre système solaire.
Les observations ont également révélé la toute première détection de la planète la plus intérieure, HR 8799 E, à une longueur d'onde de 4,6 micromètres et 51 Eridani B à 4,1 micromètres, présentant la sensibilité de Webb en observant des planètes faibles proches des étoiles lumineuses.
En 2022, l'une des principales techniques d'observation de Webb a indirectement détecté le dioxyde de carbone dans une autre exoplanet, appelée WASP-39 B, en suivant la façon dont son atmosphère a modifié la lumière des étoiles lorsqu'elle est passée devant son étoile.
« C'est ce que les scientifiques font pour les planètes transittes ou les nains bruns isolés depuis le lancement de JWST », a déclaré Pueyo.
Rémi Soummer, qui dirige le laboratoire d'Optics au Space Telescope Science Institute et a précédemment LED les opérations de coronagraphe de Webb, a ajouté: « Nous savions que JWST pourrait mesurer les couleurs des planètes extérieures dans des systèmes directement imagés. Nous nous permettons également d'accès depuis 10 ans.
« Maintenant, les résultats sont là, et nous pouvons faire des sciences intéressantes avec elle. »
L'équipe espère utiliser les coronagraphes de Webb pour analyser plus de planètes géantes et comparer leur composition aux modèles théoriques.
« Ces planètes géantes ont de très grandes implications », a déclaré Balmer.
« Si vous avez ces énormes planètes agissant comme des boules de bowling qui traversent votre système solaire, elles peuvent vraiment perturber, protéger ou faire un peu des deux planètes comme la nôtre, donc en savoir plus sur leur formation est une étape cruciale pour comprendre la formation, la survie et l'habitabilité des planètes semblables à la Terre à l'avenir. »
